恶性肿瘤治疗的物理武器

姚原

从广义的角度来说，物理治疗包括手术治疗在内的一切物理手段，而狭义的定义则专指应用物理设备与方法来治疗疾病的手段。治疗恶性肿瘤的物理手段有放射治疗、射频和微波消融、冷冻消融和超声消融等。在社会上有各种俗称，如伽马刀、赛博刀、X刀、速锋刀、消融刀、氩氦刀和超声刀等五花八门的名字。这些物理治疗方法，究其本质是通过某种手段和介质把能量传递到肿瘤组织，杀灭肿瘤细胞。这种能力好坏的评判标准主要包括以下三点：（1）传递能量的效率，即能够把大部分能量投送到肿瘤组织，在路径上损耗小;（2）传递能量的准确性，就是要把能量精确传递到肿瘤组织，而周围正常组织损伤小;（3）在临床上的有效性，即治疗效果如何，是否有创，是否有生命危险等。

目前临床上最常用的物理治疗手段包括放射治疗、热消融（微波和射频）、冷消融（氩氦刀）、热疗和超声聚焦治疗等。下面具体介绍几种临床上常用的物理治疗方法及其优缺点。

放射治疗

1895年伦琴发现了X线，第二年就有医师开始试用X线来治疗乳腺癌。1922年，在巴黎召开首届国际放射治疗会议，有人报告了放射线治愈晚期喉癌的病例，且无严重并发症，首次肯定了放射治疗恶性肿瘤的疗效。从此，放射治疗逐步用于各类恶性肿瘤的治疗。目前，放射治疗走过百年历程，恰是风华正茂。得益于仪器设备和相关物理技术的发展，放射治疗在能量传递的效率、传递的精确度和治疗的安全性等方面的操作和控制都取得了长足进展，已经成为恶性肿瘤治疗的主要力量之一。

目前，放射治疗主要有三种治疗形式。一是长疗程外照射治疗，每天治疗1次，每周5次，总治疗时间5～7周，每次剂量为1.8～2.0戈瑞;二是短疗程外照射治疗，每天治疗1次，治疗1～10次，两周内治疗结束，每次的治疗剂量在5.0戈瑞以上;三是近距离治疗，就是把放射源放入患者的体内，贴近肿瘤靶区治疗（包括高剂量率“后装”治疗和125碘粒子植入）。

长疗程外照射治疗 其治疗原理是利用放射线把肿瘤内的水分子电离产生自由基（自由电子），自由基对肿瘤的DNA双链结构进行破坏，达到杀灭肿瘤的作用。长疗程是利用正常细胞的修复能力大于肿瘤细胞的原理，让正常细胞得到完全修复，而肿瘤细胞得不到完全修复，经过一段时间的累积效应，达到彻底杀灭肿瘤细胞的目的。临床适用于全身各部位体积较大的肿瘤和对放射线中度以上敏感肿瘤的根治性治疗、联合治疗和姑息治疗;肿瘤手术后预防治疗。优点是治疗反应小，对正常组织损伤小，对长期生存有利。缺点是对放射性不敏感的肿瘤治疗效果差，总的治疗时间偏长。

短疗程外照射治疗 其治疗原理是利用放射线能量累积直接杀死肿瘤细胞，也称为放射性消融治疗（俗称“某某刀”，比如伽马刀、赛博刀、X刀、速锋刀、消融刀等）。临床适用范于肿瘤直径小于3厘米和对放射线不敏感肿瘤的根治性放疗，晚期肿瘤的姑息性治療。优点是治疗时间短，对某些肿瘤可以达到手术治疗的效果。缺点是对治疗设备要求高，治疗精度要求也高。如果治疗指征不严或治疗失误，会导致严重的并发症。

近距离治疗 其原理是用放射性核素插入肿瘤中，近距离贴近肿瘤，利用放射线能量的累积直接杀死肿瘤细胞。临床上常用两种放射性元素：高剂量率的192铱和低剂量率的125碘。192铱常用于后装机治疗，每次治疗速度快（0.5～1小时），治疗结束后需要把放射源取出;碘常用于植入治疗，把¹²⁵碘粒子放入肿瘤靶区中，粒子需要按照特定的形状排列，以保证放射性剂量在肿瘤靶区内均匀分布。临床适用于宫颈癌的治疗和某些晚期肿瘤的姑息性治疗。优点是能在肿瘤内部形成一个高剂量区，达到边缘后剂量陡然下降，对周围正常组织影响较小。缺点是照射范围内剂量分布不均，近源处高，且需要特殊设备，一定要在放射物理师的指导下进行操作，否则很容易造成正常组织损伤产生并发症。

放射治疗的选择

随着科学技术的不断发展，大量技术应用于临床的放射治疗，这里就涉及不同射线的选择和使用。大家经常听到的伽马射线、光子线、质子线和重离子射线等都有什么不同，到底用那一种射线治疗肿瘤最好？下面简单分析各种射线的特性，供患者和家人参考。

1.不同射线的特性

判断射线所谓的“好坏”，临床上有两个标准。一个是射线的物理特性，即传递能量的能力，即线性能量传递（LET）;另一个是射线的生物特性即对肿瘤的杀伤能力，即相对生物效应（RBE）。从图1中可以看到伽马射线、光子线（X线）和中子线都是低LET射线，能量传递能力较弱;质子线和重离子射线都是高LET射线，能量传递能力强，在肿瘤区域会产生一个能量峰。从生物效应来看，伽马射线、光子线（X线）RBE值为1，质子线为1.1，中子线为3.5，而重离子射线要10以上。所以，从物理和生物特性综合来看，重离子射线和质子射线最好。

伽马射线、光子线（X线）是目前临床最常用的射线。这两种射线本质上都是高能电磁波。伽马射线产生于同位素，而光子线（X线）产生于电子直线加速器，因此用命名来区分。所谓直线加速器，是指利用高频电磁场进行加速，同时被加速粒子的运动轨迹为直线。医疗机构中常用的双光子直线加速器，既可产生治疗深部肿瘤的MV级X射线，亦可产生治疗表浅肿瘤的MV级电子线，对肿瘤进行直接照射，达到消除或减小肿瘤的目的。优点是靶区剂量分布的改善和靶区周围正常组织受照范围的减少，可促使靶区处方剂量的进一步提高和周围正常组织并发症的减低。用伽马射线、光子线（X线）治疗的临床技术是目前最成熟、治疗精度最高的技术。

质子射线进入体内后剂量释放不多，而在到达它的射程终末时，能量全部释放，形成所谓的“人体内后剂峰”，而在其深部的剂量近于零。如果人为把“人为深部峰”置于肿瘤中心，则肿瘤前部正常组织承受的剂量是肿瘤的1/4，而肿瘤后方的正常组织没有受到照射。现代的质子放疗融合了适形调强技术后，使质子放疗达到了迄今为止最高的肿瘤照射适形性，而对肿瘤周围正常组织的剂量降到最低。质子放疗优于高能X线和⁶⁰Coγ线，然而质子对抵抗放射线的肿瘤杀灭效应不强，如乏氧肿瘤细胞、放射不敏感的S期肿瘤细胞和固有的放射抵抗肿瘤黑色素瘤等。

重离子射线既有质子射线的物理特性，又具有比质子更强的杀灭放射抵抗肿瘤细胞的能力。在诸多重离子射线中，人们发现，碳离子射线比较适合临床肿瘤放疗。与光子放疗和质子放疗相比，碳离子放疗肿瘤的疗效进一步提高，特别是那些对光子和质子放疗抗拒的肿瘤。

近年来，许多地方都在建造和发展重离子射线和质子射线加速器。当然，这两种治疗设备比较昂贵，治疗费用也比较高。目前还都处于临床试用阶段。质子回旋加速器技术相对成熟，在国外已经规模化生产了。至于中子线由于防护困难，临床上很少应用。

2.不同射线特性与相关物理技术

随着计算机技术的发展，在三维适形治疗的基础上发展了调强治疗技术（IMRT），就是用多条射线来模拟质子射线的特性。使用调强适形放疗技术，可产生在三维方向上与病变靶区形状高度一致的剂量分布，同时避免对周围正常组织和器官的照射，是一种高精度的放射治疗，在临床上最常用。

立体定向放射治疗技术（SBRT）为放射性消融技术，伽马刀、赛博刀、X刀、速锋刀都是属于这种技术，治疗精度要小于0.1厘米，对体积较小的病变，通过三维精确定位和摆位，使用非共面射野聚焦技术，使靶区剂量高度集中，开展高分次剂量、低分次数的立体适形调强放射治疗。

图1 不同射线的特性

影像引导放射治疗（IGRT）是在直线加速器上安装CT或MRI，在治疗的同时校正肿瘤的靶区，保证治疗的准确性。

容积（旋转）调强放射治疗（VMAT）的射线360度围着肿瘤治疗，实现了肿瘤剂量分布的最优化。TOMO刀就是属于这种技术等。

3.放射治疗方式的选择

射线种类繁多，配套的设备和物理技术各异，对应的治疗方式多，临床上该怎么选择？一般在临床上小肿瘤（小于3厘米）可以选择用立体定向放射治疗。大肿瘤可以选择调强治疗和容积调强治疗。对放射治疗不敏感的肿瘤可以选用质子或重离子射线来治疗，其中小肿瘤也可以用立体定向放疗。儿童肿瘤患者可以选用质子治疗，因为质子照射野比光子线治疗少，照射范围小，对患儿将来的生长发育影响小。肿瘤治疗长度大于40厘米可以用TOMO治疗，因为TOMO可以连续照射100厘米以上，不需要接野。皮肤肿瘤可以用Kv级的深度X线或者电子线治疗。

肿瘤消融治疗

热消融（微波、射频）主要是用介入方式，在CT或超声引导下经皮穿刺把能量直接输送到肿瘤内部，也可在腔镜下应用。冷消融（氩氦刀）可在上述的介入和腔镜下使用，但是大多数还是在手术中应用。还有一种方式是无创治疗，应用专业的设备把能量透皮送入肿瘤内部（如超声聚焦刀）。限于篇幅，相关技术将另文介绍。

科学地治疗恶性肿瘤

由于科学技术的迅速发展，各种新的治疗技术层出不穷，单靠一项“秘技”包打天下的时代一去不复返。肿瘤治疗由比较单一的治疗方式发展到了目前需要多学科协作的综合性治疗模式，包括手术、放疗、化疗、介入治疗、生物治疗及中医等。随着对肿瘤分子生物学理解的深入，新的肿瘤治疗药物不断被开发并广泛使用，使肿瘤治疗由群体化治疗向个体精准化治疗转变，肿瘤患者的无病生存率、疾病缓解率得到极大改善。

现在，科学的联合治疗成为肿瘤治疗的主流。肿瘤治疗的疗效，已经从过去“单打獨斗”时代的生存率仅20%～30%，达到了现在联合治疗时代40%～60%的生存率。前几年，据世界卫生组织统计，全身恶性肿瘤的5年生存率已达到45%（平均每30年增长15%），其中手术的贡献率为22%，放疗的贡献率为18%，化疗及其他治疗手段的贡献率为5%。50%～70%患者在整个肿瘤治疗过程中需要接受放疗。近年来，由于靶向和免疫药物的临床应用，肿瘤的疗效又有进一步的提高。对普通人来说，面对五花八门的治疗方式怎么选择是一个难题。一般来说：肿瘤在明确诊断后，首次治疗方案（一线治疗）在三甲医院的专科门诊里都是大同小异的。因为近二十年来，我国一直在推行肿瘤规范治疗，如今已经有了中国的肿瘤治疗指南，每年都有更新，肿瘤专科的医生都会学习和临床应用。因此，大家只要在正规医院的肿瘤专科就诊，医生都会根据循证医学的证据，用成熟的方案为患者安排好手术、放疗和药物治疗的方案和顺序。但首次治疗后失败或者首次就医就被诊断为晚期肿瘤，不能手术的这部分患者（约占30%～50%），就医相对困难。但通过一些物理治疗的手段并配合化疗、靶向药物和免疫治疗，很多患者也得到了长期的肿瘤控制和长期生存。