肿瘤精确放射治疗的技术进展与临床应用

康静波



肿瘤精确放射治疗的技术进展与临床应用

康静波

［摘要］放射肿瘤学已发展成为一门结构完善的独立学科，尤其经过近20年的快速发展，如今已步入“精确放疗”的时代。作者仅就精确放疗技术与临床应用进展2个方面进行扼要述评。

［关键词］肿瘤；精确放疗；技术

［作者单位］100048北京，海军总医院肿瘤诊疗中心（康静波）

放射治疗作为恶性肿瘤三大主要治疗策略之一，在肿瘤综合治疗中已不可或缺。研究报道，肿瘤患者在整个治疗过程中需要采用放射治疗的比例高达70%，放疗对肿瘤治愈的贡献与手术相当［1］。可见在肿瘤综合治疗中，放射治疗的作用和地位已不可取代。

近些年来，得益于现代影像科技和计算机技术的高速发展，如今已步入“精确放疗”的时代，由于精确放疗的精准，无手术创伤、不受内科疾病年龄限制、不受解剖限制等优势特征，使更多肿瘤患者从中获益。作者仅就精确放疗技术进展与临床应用进行扼要述评。

1　精准放疗的技术进展

1.1调强放射治疗已成为主流放疗技术 随着放射治疗计划系统、计算机技术及影像技术的迅猛发展，放射治疗技术日新月异，由此诞生了三维适形放射治疗（three dimensional-conformal radiotherapy，3DCRT）和调强放射治疗（intensity modulated radiotherapy，IMRT）。3D-CRT的技术特性主要是优化放射治疗的剂量分布，使放射治疗的剂量分布与靶区的形状保持一致，靶区周围的正常组织得以保护。但是对于形状大而不规则的肿瘤，传统的3D-CRT无法实现剂量分布与靶区形状保持一致，由此需要根据要求对射野内每一射束的输出强度进行调节，从而达到肿瘤靶区的高剂量分布适形，即IMRT。

1977年，IMRT的概念就已提出［2］。20世纪90年代以来，IMRT技术日臻成熟，目前已成为我国主流放疗技术之一。与传统3D-CRT相比，在靶区照射剂量方面，IMRT有其独特的优点，在于IMRT的靶区适形度高，给予靶区的实际剂量也更高，而且对靶区内及周围正常组织器官具有保护性和剂量专一性，且均明显优于3D-CRT［3-5］。IMRT可细分为静态调强和动态调强2种类型，动态调强对物理师以及机器性能的要求更高，但两者并无本质上的区别。如今，在临床应用中静态调强技术已基本淘汰，动态调强技术已成为主流技术。

1.2 图像引导放疗技术逐步得到普及 图像引导放射治疗（image-guided radiation therapy，IGRT）［6］是继IMRT之后发展起来的新技术，在治疗中利用成像设备提供的图像或信号纠正靶区位置的变化，以此提高放射治疗精度、提高放疗质量。

IGRT的发展是以图像引导设备的发展为基础的，目前主要有电子射野影像系统、kV级X线摄片和透视、kV级CT、锥形束CT、集成图像系统、实时影像跟踪技术，磁共振图像引导放疗、剂量引导放疗正在发展之中。IGRT技术的出现，通过提高靶区的准确性，进一步提高放射治疗的精确性，从而将肿瘤周围正常组织器官受到的损伤进一步降低；其优点是可提高放射治疗的精准度、确保放射治疗的安全性，缺点是准备及治疗的时间较长。目前，国内大多数的动态调强设备都具有IGRT的功能。

1.3IMRT技术种类

1.3.1静态调强 静态调强是由逆向调强计划系统根据临床数据将各个射野要求的强度分布进行分级，利用多叶准直器（multileaf collimator，MLC）将每个照射野分成若干个子野，每个子野内强度均匀，但目前此技术应用已不多。

1.3.2动态调强 动态调强可以实现对射野内强度的调节，主要是通过MLC相对应的一对叶片的相对运动来实现的。在每个射野的照射治疗过程中，按照IMRT计划的数据，由计算机系统进行控制，在各对叶片做相对变速运动时，加速器不断地以变化的剂量率出束，由此达到所要求的剂量强度分布。动态调强最大的技术特征是通过一对相对的叶片始终向一个方位运动，并在运动过程中不断形成不同形状的子野扫过靶区。

1.3.3旋转容积IMRT 旋转IMRT［7］作为一种IMRT技术，其特点是照射过程中机架连续的旋转和多叶准直器连续的运动，通过机架多弧或单弧的旋转，实现不同射野方向上的射束强度的调整。2007年美国Varian公司采用了Otto［8］的优化算法，改进了加速器的硬件设计，并将其旋转IMRT系统命名为RapidArc。RapidArc的优化算法采用分步射野方向取样的直接子野优化算法，同时优化子野形状和权重。不久瑞典医科达公司也推出了其相应产品VMAT。VMAT［9］是用加速器内置的标准MLC完成的，是将动态MLC与弧形治疗相结合，用旋转射束来实现优化的剂量分布。相比IMRT而言，靶区的剂量适形度以及优化后的剂量分布均更准确，VMAT的优点在于更快、更准确、更优化的照射靶区。VMAT技术可将整个治疗过程缩短到3～6 min，且有效提高肿瘤的控制率［10］。

1.3.4螺旋断层放疗 螺旋断层放疗系统（Tomo-Therapy系统）［11-12］是治疗恶性肿瘤的放射治疗新设备。TOMO治疗机是螺旋CT和直线加速器的组合。直线加速器可产生兆伏级X射线，既可像螺旋CT般扫描患者，又可以其独有的螺旋CT扫描方式治疗恶性肿瘤。TOMO治疗机在每次放射治疗前，都必须对患者靶区病灶先进行CT的螺旋扫描，再根据扫描CT图像与定位CT图像对比，TOMO治疗机自动修正摆位误差，然后像螺旋CT扫描一样射线逐层360°旋转聚焦照射肿瘤。

在2002年TomoTherapy系统获得美国食品和药品管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准［13］，随后正式应用于临床，如今已经在全球范围内广泛应用。其优点除了操作和实施简单、照射范围大（如全脊髓及全身放疗）以及可做颅内及颅外的放射治疗外，最大特点是能够全身多靶点同时放疗。其缺点是患者受照体积大，照射时间长和费用较高。

1.4立体定向放疗设备

1.4.1射波刀 主要由安装于机械臂上的小型加速器、双平板图像引导系统组成，通过机械臂可以在6个自由度、多达1 200多个方位上照射肿瘤，具有剂量分布均匀、灵活性高的特点；同时具备实时影像引导功能，可在治疗过程中连续监控并实时追踪肿瘤位置变化［14］。射波刀于2001年获得美国FDA准许开始治疗患者［15］，最初的适应证为头颈部等部位的神经肿瘤放疗，目前可用于适合放射治疗的头颈以外的身体各部位肿瘤。射波刀的治疗优势：①实时影像引导、同步呼吸追踪肿瘤，确保照射时射束始终对准靶区，减少肿瘤周围正常组织器官的放射性损伤；②实现从任意角度进行肿瘤靶区照射，其具有灵活的机器人手臂，有多达1 200条不同方位的光束；③可同时治疗多个肿瘤，射波刀可以将多个肿瘤的治疗安排在同一治疗计划中，并且同时对不同部位各个不相邻的肿瘤进行治疗。射波刀的缺点主要是费用高、单次治疗时间长。目前在国内有近20家医院开展射波刀治疗。

1.4.2γ刀立体定向放射治疗设备 早在1951年Leksell教授就提出了立体定向放射外科治疗的设想［16］。1967年瑞典医科达公司成功研制了第1台头部γ刀，将201个60钴放射源安装在半球形头盔中，实施三维空间聚焦，配置了4种孔径大小不等的准直器限制照射范围的大小［17］。现已研制生产了最新型的头部γ刀，其中自动切换准直器、三维自动床及筒状头盔等技术都在一定程度上受到了中国γ刀技术的影响。我国在1994年研制生产了第1台具有中国完全自主知识产权的旋转式头部γ刀，在1996年正式用于临床治疗，到目前为止已近400台［18］。

1998年由深圳奥沃国际科技发展有限公司研发生产了第1台多源旋转聚焦式体部γ刀，体部γ刀是γ射线立体定向体部放疗技术的简称［19］，是一套可对全身各部位肿瘤实施立体定向放射治疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT），采用多源空间聚焦方式，使剂量高度集中，聚焦效率高，机械精度高，操作简便，适宜采用高分次剂量模式治疗实质器官肿瘤。从1998年中国体部γ刀用于临床至今，体部γ刀设备类型繁多，目前已有10多种不同类型、不同厂家的体部γ刀［20］，全国应用广泛、普及率高，使用医院300余家，治疗患者达数万例，特别对一些体部肿瘤治疗效果好、不良反应相对较小、治疗费用较低，目前已成为我国重要的立体定向体部放疗手段之一。目前最大的缺点是大多数体部γ刀并没有配备图像引导功能以及在剂量验证方面存在缺陷。海军总医院在国内率先使用体部γ刀，在肝癌、肺癌、胰腺癌等多种实体瘤治疗经验丰富，多项研究成果在国内外杂志发表［21-23］，且于2014年底在体部γ刀上安装图像引导设备，实现了γ刀质的飞跃，近日已取得国家三类医疗器械注册证（20163540407）。

1.4.3其他先进放疗设备 目前主流使用的放疗设备除了以上介绍的，国内开展使用较少的还有True Beam系统、Edge系统、Vero系统、质子治疗。True Beam系统［24］的主要优点在于可精确并且快速地进行肿瘤放射治疗，可以追踪那些随着患者的呼吸运动而不断变化位置的肿瘤。该系统通过高强度模式，能够准确和快速地为靶区提供高剂量，进一步缩短治疗时间，可将整个治疗过程缩短到2 min左右，目前国内仅有数台True Beam系统。Edge放射治疗系统，俗称速锋刀，于2013年1月23日获得美国FDA批准［25-26］。美国FDA于2014年7月21日批准的CalypsoⓇGPS for the BodyⓇ系统和表面光束监测系统，以高达10 ms的高频率实时动态监测并锁定治疗过程中肿瘤“逃逸”，结合新一代IGRT等影像引导技术，利用独有高达2 400 MU/ min的高精度多页准直器以亚毫米级的精度几乎不留残余地清除肿瘤组织［27］。Vero放疗系统［29-29］系由2013年日本的三菱重工Vero 4DRT通过把图像处理技术与高精度照射放射线的技术组合在一起，可在实时监测晃动的肿瘤同时，高精度实施立体定向照射，首次通过实时监测来实施立体定向IMRT。质子治疗［30］最大的特点是利用其质子束独特的物理学特性，即进入人体内形成的Bragg峰，在形成峰之前的低平坦段为坪，峰后则是一个突然减弱陡直的尾。由于Bragg峰太尖，所以一般都将它扩展后形成与肿瘤大小吻合的扩展Bragg峰。质子治疗的优点在于对较大的肿瘤、形状不规则的肿瘤和肿瘤位于脑组织周围者优于其他治疗，即可减少正常组织的损伤，而且治疗计划设计时间也明显缩短；缺点也较明显，没有配备图像引导功能以及对设备场地配备等要求较高，技术开展应用推广较难。目前国内山东淄博万杰医院等数家医院开展相关治疗和研究。

2　精准放疗的临床应用

2.1IMRT的临床应用 IMRT目前已被用于头颈部肿瘤、颅脑肿瘤、胸部肿瘤和盆腔恶性肿瘤多个领域，尤其对于头颈部肿瘤IMRT更具优势。IMRT应用在复发头颈部恶性肿瘤中能够使剂量的分布更适合于病变靶区，这不仅增加了肿瘤靶区剂量，更减少了脊髓、脑组织、中耳、腮腺正常组织器官的照射剂量，从而实现提供肿瘤控制率和减少再程放疗不良反应目的，目前已成为复发头颈部恶性肿瘤放射治疗应用最多的放疗手段。张瑜等［31］和刘晓清等［32］将IMRT与常规放疗对比研究表明，IMRT组无局部复发，生存率和局部区域控制率均高于常规放疗组，IMRT患者的急性口干、颈部纤维化、张口困难的严重程度及放疗后口干反应均明显轻于常规放疗，虽然提高了患者的生存质量，但未能提高总生存率。IMRT在颅脑肿瘤如胶质瘤应用中也有独特的优势，在提高肿瘤靶区剂量的同时，能更好地保护肿瘤靶区周围正常脑组织，提高肿瘤的局部控制率，且放射性损伤较常规放疗组小［33-34］。IMRT在临床应用中也存在一些问题：由于IMRT技术复杂，临床工作量大，对医师及物理师都有一定要求，且由于勾画靶区的水平不同、读片水平的差异，致使不同医师及不同医疗单位水平差异较大；其次，IMRT的效率较低，计划及治疗实施时间较长，遗漏的射线剂量浪费较大，且低剂量辐射对肿瘤周围正常组织的生物学效应尚未明确，因此在临床工作中应充分考虑到这些不足；第三，IMRT的质量保证和质量控制要求高，尤其是采用动态调强时，放射治疗计划验证较困难，对欲开展该技术的放射治疗科应具备质量保证设施，对物理师也有一定要求。只有制定相对应的完善质保程序和措施才能确保IMRT的安全开展。

2.2SBRT的临床应用 SBRT具有三维、小野、大分割照射的特点，主要用于5 cm以下肿瘤的根治和转移瘤的局部治疗。SBRT技术在提高肿瘤局部剂量，降低周围正常组织损伤上具有不可替代的优势，但潜在的治疗错误可能是对患者造成严重的损伤。精确放疗转变了既往放疗观念，精确放疗尤其是SBRT已经改变了常规放疗的模式，因此现代放疗的新观念使得更多的早期实质器官肿瘤用现代放疗技术可获得根治；SBRT能使高剂量集中于靶区，保护靶区周围正常组织。目前多数都采用低分割方案，且多数研究都支持用线性二次模型换算的生物等效剂量（biological equivalent dose，BED），BED =nd［1+d/（α/β）］、n为照射次数、d为分次剂量、α/β=10Gy，来比较不同时间、剂量分割模式的治疗结果。Guckenberger等［35］报道124例159个病灶接受SBRT治疗，3年局部控制率为83%，BED＞100 Gy的局部控制率为89%，而＜100 Gy的局部控制率达62%，两者差异有统计学意义（P＜0. 05），这充分反映提高分次剂量对提高局部控制率有重要意义。因此，提高分次剂量、缩短放疗疗程是根治实体肿瘤的新模式。分次SBRT优势：①可以减少患者治疗时间，减轻患者不适；②符合放射生物学原理；③可以治疗更大体积的肿瘤而不增加急性或亚急性不良反应。很多外科手术切除困难的与血管粘连的肿瘤采用放疗是可以获得根治的；另外，肿瘤对放疗的敏感性已经不是决定是否适合放疗的关键因素，只是医生给处方剂量多少的参考因素，肿瘤的大小、位置才是决定是否适合放疗的关键。精确放疗可以尽可能地提高肿瘤区域剂量，只要处方剂量可以在不危及周围重要器官的情况下提高，任何肿瘤都可以通过放疗得到控制。

目前主流使用的SBRT设备有γ刀、射波刀、X刀，使用较少的有Edge系统、Vero系统、Novalis放疗系统。多项临床随机对照试验（randomized controlled trial，RCT）结果显示，SBRT在多种早期肿瘤的治疗，如脑膜瘤、垂体瘤、肺癌、肝癌和前列腺癌可达到外科手术相当的疗效，可部分或完全取代外科手术［36-38］。近期The Lancet Oncology杂志发表了美国MD.Anderson癌症中心国际多中心随机研究结果，该研究汇总分析了SBRT的2个独立随机Ⅲ期临床试验（STARS和ROSEL），对比SBRT和手术在可手术Ⅰ期非小细胞肺癌的作用；结果显示应用SBRT比应用目前标准的手术治疗（肺叶切除联合纵隔淋巴结清扫或淋巴结取样）可以获得更长的总生存期，SBRT组和手术组3年总生存率分别是95% 和79%、3年无复发生存率分别是86%和80%［25］。

我国SBRT技术尚属于发展中的技术，才刚刚起步，存在使用不够规范等诸多问题。由于我国缺少单中心和多中心协作的大样本RCT和长期随访，因此尚未制定国内的SBRT诊疗规范，治疗方案大多参考美国临床应用指南［39］；不同医疗机构使用水平参差不齐，部分医疗机构特别是基层医疗机构存在过度使用的情况。我国研发的体部γ刀大多缺乏IGRT功能及治疗计划系统功能不完善，机型多而每一种机型性能存在不同缺陷，特别是在剂量评估和剂量验证方面有待进一步完善，在临床应用的规范化方面存在的不足使这一国际独创技术的发展受到影响。

目前国内放疗技术应用纷杂，放疗设备品种多。客观地说放疗技术及设备各有优缺点，很难区分高低，只能根据患者的病情、身体状况以及经济条件进行有限的选择使用。目前美国放射肿瘤学会和美国放射学会从2010—2013年分别制定了IGRT、SBRT、立体定向放射外科临床应用指南［39-41］，相关指南制定使IMRT及SBRT更加规范化，更容易推广。而我国尚无相关指南，故亟须进行多中心协作的大样本RCT和长期随访工作，制订我国的精确放疗诊疗规范，促进应用环境改善。总而言之，只有充分认识到精确放疗存在的诸多关键问题，严格把握其适应证，才能使更多患者可以从精确放疗中获益。

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·肿瘤临床·

New advances in precise radiotherapy technique for oncology and its clinical application

KANG Jingbo
（Tumor Diagnosis and Treatment Center，Navy General Hospital，Beijing 100048，China）

［Abstract］Radiation oncology has developed into an independent discipline，owing nearly twenty years of rapid development，it has entered the era of precision radiotherapy. The aim of this paper is to makes a brief comment on the two aspects of precise radiotherapy technique and clinical application progress.

［Key words］Tumor；Precise radiotherapy；Technique

［中图分类号］R73；R730. 55

［文献标志码］A

［文章编号］2095-3097（2016）02-0065-05

doi：10. 3969/ j. issn. 2095-3097. 2016. 02. 001

［基金项目］中华国际医学交流基金会抗肿瘤专项课题（CIMF-FH1001-209）

收稿日期：（2016-02-18 本文编辑：徐海琴）