第一節(jié)　放射治療基本技術(shù)

放療是腫瘤有效局部治療手段之一。據(jù)統(tǒng)計，目前的腫瘤患者中約有70%在不同階段需要放射治療，其中有18%～25%通過放療可以得到治愈。隨著放療技術(shù)的進展，一些早期實體腫瘤患者首選放療病例不斷增加，其根治的比例還會進一步提高。因此，放療根治腫瘤的潛力很大。

放療經(jīng)歷了近一個世紀的發(fā)展，在近20年發(fā)生了巨大變化，特別是三維適形放療、調(diào)強放療等設(shè)備和技術(shù)的出現(xiàn)，為腫瘤治療開辟了新途徑。令人鼓舞的是自從立體定向放療和三維適形放療用于臨床后，放療在腫瘤綜合治療中的地位和作用發(fā)生了根本變化，由原來的只能作為姑息或術(shù)后輔助治療手段，變?yōu)槎鄶?shù)患者愿意首選的治療手段之一。但是，由于放射物理學(xué)和放療技術(shù)發(fā)展迅速，而放射生物學(xué)發(fā)展相對滯后，在臨床放療還受到常規(guī)放療模式束縛的今天，要充分利用放療的先進設(shè)備和技術(shù)，有效、安全的治療腫瘤，實現(xiàn)高療效、低損傷的放療效果，必須全面了解放療的歷史，重新認識放療的作用，以新思維迎接放療新技術(shù)提供的機遇和挑戰(zhàn)。

一、常規(guī)放射治療

常規(guī)放射治療技術(shù)是指在X線模擬定位機下確定病灶的治療范圍，通過⁶⁰鈷治療機的γ射線或直線加速器的高能X線實施照射的放療技術(shù)，該方法經(jīng)歷了大半個世紀的臨床應(yīng)用。在此期間的放療設(shè)備從深部X線機、⁶⁰鈷治療機發(fā)展到直線加速器，使放療的劑量深度和劑量分布得到了較大的改善，治療范圍也相應(yīng)的擴大，在各種腫瘤的綜合治療中發(fā)揮了重要作用。但是，在X線模擬定位機下確定腫瘤范圍有很大的局限性，常規(guī)放療技術(shù)無法實施多野非共面聚焦式照射，多數(shù)只能采用簡單的單方向照射或前后、左右兩個方向?qū)Υ┱丈?，使過多的正常組織在照射范圍內(nèi)，無法提高腫瘤的控制劑量，使得常規(guī)放療的療效一直不盡如人意。

在常規(guī)放射治療技術(shù)條件下所采用的照射方法是每天照射一次，每次1.8～2.0 Gy，每周5次，6～7周內(nèi)照射60～70 Gy。這一照射方法源于上世紀30年代，基于對皮膚癌治療有效，而正常組織可耐受的臨床結(jié)果一直沿用至今。在半個多世紀中，放射生物學(xué)一直以這一臨床經(jīng)驗?zāi)Ｊ綖楹诵倪M行了有關(guān)的基礎(chǔ)研究，提出了很多與這一模式相關(guān)的生物效應(yīng)劑量的標化公式以及不同時間—劑量—分割對早期和晚期組織有不同影響的線性二次模型。據(jù)此，在常規(guī)放療的基礎(chǔ)上提出了非常規(guī)分割的放療方法，如超分割放療、加速超分割放療等，自80年代用于臨床，并證明對部分腫瘤的放療療效優(yōu)于常規(guī)放療。但是，無論常規(guī)放療還是非常規(guī)放療，主要依賴于放射生物學(xué)原理，最終療效受到了放療技術(shù)的限制。長期的臨床放療經(jīng)驗和放射生物學(xué)理論給我們提供的放療原則是，在避免正常組織嚴重損傷的前提下盡可能提高腫瘤的照射劑量。但在常規(guī)放療條件下要避免放療的后遺癥，就難以徹底控制腫瘤。大量的臨床結(jié)果表明，在照射60～70 Gy/6～7周只是一個對多數(shù)正常組織不造成嚴重損傷，而難以徹底根除多數(shù)腫瘤的方法。因此，要提高放射治療的療效，不僅要采用現(xiàn)代放療技術(shù)，還必須改變觀念，重新思考放療的照射方法。

二、精確放射治療

放療是局部晚期NSCLC的主要治療手段，這部分患者占確診肺癌病例的40%左右。但是局部晚期NSCLC的治療結(jié)果一直令人失望，5年生存率為5%～10%。局部控制率低是造成這種結(jié)果的一個主要原因，臨床研究發(fā)現(xiàn)局部控制率僅為13%～70%。臨床劑量研究顯示，提高劑量可望提高局部控制率和生存率。根據(jù)Fletcher的放射生物學(xué)研究，要殺滅局部晚期NSCLC可能需要接近100 Gy的劑量。但由于肺組織耐受劑量的限制，給予60 Gy以上的劑量在常規(guī)放療中是不可能的。精確放療技術(shù)是在三維空間上從多角度、多方位，多源或多野對病灶進行聚焦式照射或三維適形照射。這些技術(shù)的應(yīng)用可使腫瘤的放射劑量提高，正常組織的劑量降低，有利于提高治療效果，降低放射損傷，為放療根治腫瘤開辟了廣闊的前景。三維適形放療(3D-CRT)有兩個目的:一是提高靶區(qū)劑量，提高局部控制率;二是降低靶區(qū)周圍正常組織的照射劑量，從而降低并發(fā)癥發(fā)生率。3D-CRT治療計劃能夠提供精確的劑量體積分布圖(dose volume histogram，DVH)。DVH對正常組織的受照射劑量提供了一個量化的體積—劑量分布圖。根據(jù)DVH能夠精確判斷某一治療計劃產(chǎn)生正常組織并發(fā)癥的可能性(normal tissue complication probability，NTCP)。NSCLC的放療技術(shù)復(fù)雜，是進行治療計劃評價研究較好的范例。精確的治療計劃需要應(yīng)用不規(guī)則野、組織補償、多角度照射以及擺位重復(fù)性好等要求。最佳治療計劃的設(shè)計非常困難，體現(xiàn)在以下幾個方面:①精確的靶區(qū)確認困難;②保護胸腔內(nèi)敏感器官(心臟、肺、食管、脊髓);③胸廓外輪廓不規(guī)則;④治療區(qū)組織密度不均一(肺、骨);⑤需要不規(guī)則野計算;⑥器官運動幅度大(呼吸運動、心臟和血管的搏動)。1991年Emami等報道了美國4個研究機構(gòu)對肺癌三維放療計劃系統(tǒng)(3D-TPS)臨床應(yīng)用研究結(jié)果，認為3D-TPS在NSCLC的治療中，在腫瘤區(qū)劑量分布和正常組織保護方面提供了優(yōu)化的放療計劃。比較常規(guī)放療計劃與3D-TPS，常規(guī)放療難以給予腫瘤區(qū)高劑量照射，不能控制正常組織的照射在適當?shù)膭┝糠秶鷥?nèi)。3D-TPS的應(yīng)用使高劑量低并發(fā)癥的肺癌放療成為可能。3D-CRT是現(xiàn)代放療技術(shù)進展的集中體現(xiàn)，它是立體定位技術(shù)、影像技術(shù)、計算機技術(shù)和放療設(shè)備及技術(shù)等一系列新技術(shù)的結(jié)合體。3D-CRT是應(yīng)用立體定位技術(shù)和特殊射線裝置，通過三維空間聚焦方式將大劑量高能射線聚焦于某一病灶，使這一病變組織被高劑量徹底摧毀，使周圍正常組織受照射量減少而免受放射損傷，在臨床上達到類似外科手術(shù)治療效果。3D-CRT技術(shù)包括有效的體位固定、精確的腫瘤定位、將射線從多方位準確的聚集于腫瘤，形成一個緊扣腫瘤的高劑量區(qū)，其結(jié)果是使腫瘤組織和正常組織間的劑量差拉大，最終達到提高腫瘤的局部控制劑量，降低周圍正常組織的放射損傷的目的。但是，3D-CRT技術(shù)只是提供了可提高腫瘤局部控制劑量，降低腫瘤周圍正常組織損傷的放射物理學(xué)方法，要最終實現(xiàn)高療效和低損傷的放療效果，還必須以全新的思維，打破常規(guī)照射方法的束縛，建立有效、安全的照射模式。

精確放療技術(shù)不同于常規(guī)放療的最大特點，是在不增加、甚至減少正常組織放射損傷的情況下可提高腫瘤的照射劑量。因此，現(xiàn)代放療不能像常規(guī)放療那樣，對所有患者都采用千篇一律的照射方法。應(yīng)利用其物理劑量學(xué)特征根據(jù)腫瘤的大小、部位和周圍正常組織對射線的敏感程度來決定總劑量、分次劑量和總的治療時間，即個別情況個別對待。目前，雖然3D-CRT的照射方法還沒有統(tǒng)一標準，但臨床經(jīng)驗和臨床治療結(jié)果表明其照射模式將以個體化、多樣化、高分次劑量、短療程的方向發(fā)展。因此，精確放療技術(shù)的適應(yīng)證絕非是傳統(tǒng)觀念所公認的那些不能外科手術(shù)切除的中、晚期腫瘤的姑息治療。相反，對一些早期的局限性腫瘤的治療效果并不低于外科治療。而且，精確放療技術(shù)只有治療最適合本技術(shù)的病例，才能充分體現(xiàn)其優(yōu)勢，一味治療中、晚期病例，可能永遠也不能使現(xiàn)代放療技術(shù)得到承認和發(fā)展。

三、精確放療中需要注意的幾個問題

新世紀已進入精確放療主導(dǎo)時代，特別是調(diào)強適形放療和影像引導(dǎo)放療的廣泛開展。但精確放療過程中還存在諸多不確定因素并導(dǎo)致各種誤差產(chǎn)生，需引起重視，并尋求解決之道。

(一)靶區(qū)的幾何不確定性

國際輻射單位及測量委員會(ICRU)50號和62號文件，對大體腫瘤靶區(qū)(GTV)、臨床靶區(qū)(CTV)、計劃靶區(qū)(PTV)做了明確規(guī)定，ICRU認為允許的總誤差范圍為± 5%。最大的不確定性發(fā)生在GTV的勾畫，而GTV的確定主要靠臨床檢測和影像技術(shù)，因此存在人為、影像學(xué)和腫瘤本身三方面的不確定性。不同醫(yī)師對靶區(qū)的認識存在明顯差異，且臨床醫(yī)師變異率大于放射影像專家。這是由于醫(yī)師本身診斷水平的不同及影像因素使靶區(qū)產(chǎn)生不確定性。目前確定靶區(qū)主要靠CT，但遠遠不夠，如腫瘤有否浸潤、局部反應(yīng)及炎癥常難以區(qū)分。螺旋CT、MRI等影像的發(fā)展使靶區(qū)的確定更準確，但更高要求是確定GTV中的腫瘤負荷和敏感性，從而勾畫生物靶區(qū)，達到生物適形放療。PET和其他功能影像如功能MRI和MRI波譜分析解決了部分問題，但由于CT、MRI、PET各自的局限性，已開始嘗試影像融合如PET與CT、MRI與CT的融合。新的影像融合技術(shù)使靶區(qū)的確定更準確。

(二)擺位誤差和器官移動

許多因素包括不可靠的擺位設(shè)備，CT與治療床之間形狀的不一致以及不同制作材料造成緩沖能力的不一致，使患者的擺位和最初設(shè)計之間存在系統(tǒng)誤差。由于擺位激光的寬度和技術(shù)員因素，使每天患者的治療體位與最初設(shè)計存在隨機誤差。一般來說，各個部位的擺位誤差范圍在0～3 mm。擺位的誤差包括各方向位移及三維的旋轉(zhuǎn)。減少擺位誤差的主要措施是體位固定技術(shù)。近來已出現(xiàn)不少新技術(shù)，如放療實時跟蹤系統(tǒng)、無定位框架影像引導(dǎo)、三維超聲靶向設(shè)備配合CT、CT模擬結(jié)合數(shù)碼重建圖像等。

近年來，治療中計劃CT影像與平均器官位置之間的誤差，已引起人們對器官移動誤差的興趣，且器官移動的范圍比平均器官位移更重要。器官移動可分為3種(對每個器官來說同時可有幾種移動):①與體位有關(guān)的器官移動:指治療過程患者體位從坐位變?yōu)檠雠P位等。②治療間器官移動:主要指靠近消化系統(tǒng)的器官，隨著胃腸道的狀態(tài)和患者體重的改變有不同程度移動。目前已有影像系統(tǒng)與治療機相結(jié)合，實施影像引導(dǎo)的放療。③治療中器官移動:主要指照射中呼吸和心臟跳動對胸、腹部器官的影像。如肺癌、乳腺癌、肝癌的放療均明顯受到呼吸影響。對那些因呼吸引起移動的器官一般需測量總的器官移動，即器官從吸氣到呼氣的總的位置變化。有用心電門控多排CT來解決心臟搏動的影響。更重要的是利用呼吸門控系統(tǒng)來控制呼吸，如用體表定位標記來顯示胸腹運動，用視頻照相機記錄胸腹運動，再用治療機上實時定位處理系統(tǒng)來控制放療;也有把視頻相機改用紅外線敏感相機以提高精確度，或者用肺活量儀來控制放療中統(tǒng)一的肺活量，以及用治療機上附加X線機來監(jiān)測呼吸周期從而使放療處在一定的呼吸周期。

(三)設(shè)備與物理因素

調(diào)強適形放療最大潛在誤差為射線輸出量隨放射野大小而變化，因范圍變化較大，需高度重視。在劑量計算程序中，標準化的100%劑量為中心軸上10 cm處劑量，但不同商業(yè)軟件與標準劑量相比會出現(xiàn)5%的差別。治療計劃越復(fù)雜，偏差越大。例如當應(yīng)用較多楔形板時，其厚端就對劑量有影響。當然調(diào)強放療還存在其他不確定因素，如葉片運動速率是否一致、葉片間隙是否正常等。所以越是精確放療，要考慮的不確定因素越多，越要加強各種設(shè)備的質(zhì)量控制。

(四)放射生物學(xué)的不確定因素

放療總時間因中斷而延長，會降低放射的生物效應(yīng)，造成腫瘤局部控制率的降低，此即為放射生物學(xué)方面的不確定因素。其他還有某些遺傳因素導(dǎo)致放射性DNA損傷的不易修復(fù)，從而使其正常組織對放射線高度敏感，產(chǎn)生難以預(yù)測的嚴重放療反應(yīng)。在臨床生物學(xué)方面，腫瘤放射敏感性、增殖狀態(tài)和乏氧情況都會明顯影響腫瘤的放射殺滅效應(yīng)，然而對這些還沒有明確的檢測方法，對腫瘤治愈的預(yù)測中存在明顯的不確定因素。

(五)質(zhì)量控制中的不確定因素

質(zhì)量控制貫穿整個放療過程，包括人的因素及設(shè)備因素。有人從多途徑(如模擬照射、質(zhì)量保證、治療驗證和治療實施)研究影響放療準確性和精確性的多個參數(shù)，認為要針對這些不確定因素擴大計劃靶區(qū)的范圍。歐洲6個放療中心質(zhì)控檢查劑量的測量，表明總劑量的準確率為95%。不過隨著質(zhì)控設(shè)備的發(fā)展，總準確率相信會越來越高，如CT模擬、實時射野影像裝置等質(zhì)控設(shè)備均已大大提高放療的準確性。

(六)計算模型的不確定因素

發(fā)展定量放射生物模型以預(yù)測組織或器官對射線的效應(yīng)，有著重要意義，但是在放射生物計算模型中也存在著不確定因素。腫瘤控制概率(TCP)和正常組織并發(fā)癥發(fā)生概率(NTCP)模型提供了一個對物理劑量分布定量轉(zhuǎn)換的生物效應(yīng)手段，具有潛在重要意義。

針對放療中每一步驟的各種不確定因素，計劃系統(tǒng)中設(shè)計了諸多計算機模擬技術(shù)，如蒙特卡羅(MC)和卷積算法，就常用來解決系統(tǒng)和隨機治療不確定性因素。

雖然放療過程中存在許多幾何、生物及物理的不確定因素，但現(xiàn)在已經(jīng)開始重視并設(shè)法解決這些問題。通過影像融合能自動糾正影像偏差，而轉(zhuǎn)換影像格式和融合影像的計劃系統(tǒng)可進一步精確確定靶區(qū)。對于各種擺位誤差、器官移動亦有了諸多離線和在線的方法。新的設(shè)備如實時射野影像裝置、CT加速器、實時影像跟蹤系統(tǒng)亦已不斷出現(xiàn)。對于不可避免的不確定因素，各種計算方法在不斷出現(xiàn)和完善，將來可能會由計劃系統(tǒng)來自動估算這些不確定因素，最終形成最佳治療方案。而放療設(shè)備將全部聯(lián)網(wǎng)以保證各種定位片、射野片和驗證片的一致和隨時對比，加速器和影像監(jiān)控相連可隨時發(fā)現(xiàn)問題并發(fā)送到計劃系統(tǒng)，隨時進行糾正并按新的準確計劃治療。