肿瘤放射治疗技术的发展及应用研究

来源：中国医刊（2022）10-1064-04「肿瘤放射治疗技术的发展及应用研究」

恶性肿瘤已成为严重危害人类身体健康和生命安全的重大疾病之一。国家癌症中心最新统计数据显示，2016 年我国约有 406.4 万例恶性肿瘤新发病例和241.4 万例恶性肿瘤死亡病例 。

放射治疗是恶性肿瘤最重要的治疗手段之一，已有研究显示，70% 的恶性肿瘤患者在疾病的不同时期需接受放射治疗 。对于晚期或难治性复发恶性肿瘤，放射治疗亦是减轻患者临床症状，延长患者生存期，改善患者生活质量的最有效治疗措施之一。近年来，放射治疗技术飞速发展，放射治疗的物理理念不断更新。精准放射治疗的靶区定位精确、靶区照射精准、照射剂量分布均匀、适形度较好以及对靶区周围危及器官的损伤较小，进而实现精度高、速度快、安全性好、疗效佳的治疗理念。

本文对肿瘤放射治疗技术的发展及应用进行了总结，快来一起来了解下吧！

01、三维适形放射治疗  

三维适形放射治疗（3-dimensional conformal radiation therapy, 3DCRT)通过铅挡块或多叶光栅将规则照射野变为不规则，使各照射野的形状在束轴视角方向上与靶区形状一致，从而使剂量辐射在三维空间分布上紧扣靶区。3DCRT具有速度快、设备需求低、技术简单且成熟等特点，因其产生的高剂量分布区与靶区三维形状适形度好，且能更好地降低危及器官受照射范围，因此可极大提高肿瘤局部控制率和治愈率，从而延长患者的生存期，显著改善患者的生活质量。然而剂量均匀度是限制3DCRT应用的主要障碍，由于剂量分布收敛有限，靶区优势不明显，故对正常组织的保护作用有限。

02、调强放射治疗

调强放射治疗（intensity modulated radiotherapy，IMRT）以立体定位技术为实现基础，通过直线加速器或多叶准直器前方的特制铅块来实现靶区的非共面照射，照射野束轴的视角方向可与靶区形状保持一致，从而使照射剂量在靶区精准分布，且可减少对肿瘤周边正常组织的损伤。

与三维放射治疗技术比较，IMRT可通过CT或磁共振成像技术实现三维重建定位，提升摆位及照射的精准度，可利用逆向计划从正面计算剂量分布参数，也能借助逆向算法来实现审核及验证处理，从而确保射野强度的分布处于最佳状态DI。IMRT技术能提高低中度恶性肿瘤的敏感度，提升肿瘤单次照射剂量及总照射剂量，减少治疗时间，进而提高临床治愈率。IMRT具有肿瘤剂量分布均匀度与适形度较好、危及器官受照射剂量较低等优点，且可实现对照射野强度最优化的分布。

03、图像引导放射治疗

图像引导放射治疗（image guided radiation therapy，IGRT）可借助影像指导不断提高肿瘤放射治疗的精准度，从而更好地杀灭肿瘤细胞和保护正常组织器官功能。IGRT可应用现代化医学影像技术对肿瘤精确放射治疗的各个环节进行保驾护航，其可利用电子射野影像系统、X射线断层摄影术等纠正摆位误差、实时剂量跟踪、追踪病灶变化、指导计划调整，从而实现真正意义上的精确放射治疗。

IGRT技术进展飞速，IGRT可利用超声图像精确勾画前列腺肿瘤靶区，与以往CT图像勾画比较，IGRT的肿瘤照射区域明显缩小，正常组织（膀胱和直肠）照射剂量明显降低，同时该技术可实时监控前列腺位置和大小的变化，实现大剂量分割模式，从而缩短放射治疗时间。

治疗中四维X射线断层摄影术可通过监测肿瘤因摆位或呼吸运动引起的位置偏差来修正或中断治疗，从而保证治疗的精准度。自适应放射治疗是在IGRT的基础上进一步发展而得，可利用多模态图像检测肿瘤靶区的解剖学和生物学改变，从而优化放射治疗计划，适应放射治疗中肿瘤靶区形态和生物学上的改变。

在自适应放射治疗技术上，若采用3DCRT可使放射治疗的总剂量递增至83Gy，若采用IMRT可使50%患者的放射治疗剂量递增至86Gy。已有研究报道，自适应放射治疗可以显著提高前列腺癌患者放射治疗的总剂量，而并未增加放射治疗相关不良反应的发生。

04、容积旋转调强放射治疗

容积旋转调强放射治疗（volume modulated radiotherapy，VMAT）可在直线加速器机架连续旋转过程中动态调整多叶光栅的形状和照射剂量，进而在70～180s内完成近似于IMRT的剂量传输，其优点为照射时间短，然而该项技术复杂、设备需求高、维护成本高。螺旋断层放射治疗（tomotherapy，TOMO）、IMRT、VMAT在非小细胞肺癌治疗中的应用研究结果表明，VMAT可明显降低双肺，尤其是患肺的照射剂量，且VMAT的治疗时间较IMRT显著缩短。GUO等的研究结果显示，VMAT在靶区内的剂量分布、危及器官受照射剂量等与IMRT一致，但在适形度和均匀度方面，VMAT优于IMRT。

05、螺旋断层放射治疗

TOMO可集IMRT、IGRT、自适应放射治疗的特点于一身，在复杂肿瘤靶区的放射治疗中具有独特优势。TOMO系统的设计打破了诸多传统加速器的限制，使螺旋CT与直线加速器完美结合，在恶性肿瘤的放射治疗中更加精确。与传统加速器比较，TOMO系统能够围绕患者做360°连续旋转照射，照射剂量分布更加理想，且TOMO系统采用气动多叶光栅叶片，其射线调制能力显著增强，实现了真正意义上的调强治疗。

此外，在治疗方式上，TOMO系统比传统加速器系统更具优势，不仅可以完成全脑全脊髓照射，还可进行全中枢照射，从而同时治疗多个病灶，实现全身不限肿瘤位置的调强治疗。TOMO系统可在放射治疗时观察患者的正常组织以及肿瘤部位情况，进而可以尽快调整治疗方案，实现自适应放射治疗。

同时TOMO系统可在治疗前实施低剂量的CT扫描，验证患者的摆位精度，校正摆位误差，从而减少对正常器官的损伤。TOMO能快速在每个射野里产生不均匀强度，并通过足够射野角度来实现剂量分布，剂量引导放射治疗和自适应放射治疗可明显提高精准度。

06、立体定向放射治疗

立体定向放射治疗（stereotactic body radiotherapy，SBRT）具有疗程短、定位准和剂量高等特点，且SBRT的剂量分布适形度较高，危及器官的受照射剂量较低。SBRT对早期肺癌的临床疗效与手术治疗基本一致，已有研究表明，在可手术的I期肺癌患者中，SBRT 的局部控制率和总生存率与手术治疗类似，甚至接受SBRT患者的纵隔淋巴结转移率明显低于手术患者。

SBRT和立体定向放射外科均是应用先进的影像学技术来确定肿瘤病变和邻近危及器官的准确位置，再给予小野集束照射。SBRT和立体定向放射外科剂量分布集中，靶区周边剂量变化梯度大，靶区内及靶区附近剂量分布欠均匀，正常组织受照射剂量小 。SBRT与立体定向放射外科的主要区别在于分割次数，立体定向放射外科为单次大剂量照射，而SBRT为多次照射。SBRT在立体定向放射外科基础上引入调强、容积调强及图像引导等新技术，目前已在脑、肝、骨等多个部位应用。在肝转移瘤的治疗中，与传统全肝放射治疗比较，SBRT具有剂量高、靶区小等优势，可提高局部控制率，并显著降低放射性肝损伤的发生率 。

07、剂量引导放射治疗

IMRT、VMAT、TOMO在进行高精度剂量传输的同时可能会对靶区的不确定性造成影响，剂量引导放射治疗可追踪、监测剂量传输过程，及时发现剂量传输误差，对靶区剂量分布进行调整。剂量引导放射治疗利用电子射野影像系统实时监测动态剂量传输，重建剂量分布，从而解决摆位误差、器官运动、多叶光栅运动误差等造成的剂量传输失真，有利于肿瘤靶区和正常器官的剂量分布均匀。剂量引导放射治疗的剂量评估和修正策略仍是当前放射治疗领域的研究热点。

08、生物影像引导放射治疗

生物影像引导放射治疗是指通过检测患者肿瘤细胞的生物学特征，进而为患者制订个体化的放射治疗方案，也称为剂量雕刻。

生物影像引导放射治疗的实施依赖正电子发射断层成像/CT来确定肿瘤位置，从而指导高、低剂量区的差异性分布，进一步实现个体化的放射治疗。生物影像引导放射治疗的最终目标是变均匀剂量为梯度剂量，提升肿瘤局部控制率，其缺点为图像分辨率较差，指标量化有待进一步改进。四维正电子发射断层成像引导下的动态IMRT放射治疗及静态正电子发射断层成像引导的异质性剂量分布将会成为未来生物影像引导放射治疗的主要研究方向。

09、质子和重离子放射治疗

质子和重离子放射治疗同属粒子放射治疗，与X射线、γ射线、电子束等传统肿瘤放射治疗技术比较，带电粒子表现出了独特的物理特性和生物学特性。带电粒子进入组织后，可在其深度剂量曲线末端形成Bragg峰，峰前为低剂量坪区，峰后的剂量骤降为零。

因此，质子和重离子的物理特性较好，能提供更高剂量的肿瘤照射治疗，且可通过改善靶区的剂量分布，保护邻近的放射敏感器官和正常组织。质子和重离子束均为高传能线密度射线，对氧的依赖性小，因此对于常规放射治疗无效的肿瘤也具有良好的临床疗效 。

此外，与质子比较，重离子具有更好的相对生物学效应，尤其是在黑色素瘤的治疗中，优势更为明显。重离子放射治疗应用于恶性肿瘤的优势是显著的，然而其设备庞大、购置和维护费用较高、技术复杂、场地和人员需求高，且部分生物学效应尚待进一步验证，使其发展与应用极大受限。质子、重离子放射治疗的具体机制还需进一步研究与探索，在不久的将来，质子治疗可能成为肿瘤放射治疗的一种主流方式。

10、硼中子

硼中子俘获疗法通过10B俘获热中子发生核裂变反应，生成的产物可以杀灭肿瘤细胞。硼中子俘获疗法是一种二元靶向细胞内放射治疗技术，具有疗程短、靶区更精准、生物自适应性强、损伤小等优点。硼中子俘获疗法可实现靶向放射治疗，肿瘤细胞内高浓度10B所产生的高传能线密度射线放射量远远高于周围正常细胞，在作用于肿瘤细胞的同时不损伤周围正常组织 。

硼热中子俘获疗法的杀灭能力不仅远优于X射线、γ射线等低传能线密度射线的常规放射治疗，且优于氢离子、碳粒子等高传能线密度射线的放射治疗。上述硼中子俘获疗法的生物学和物理学的优势使其可能成为一种理想的肿瘤放射治疗方法。然而硼中子俘获疗法的发展还面临需研发硼含量高或肿瘤细胞靶向性强的含硼药物、开发更为精确的硼剂量测量与治疗计划系统以及建造可以安装在医院内的加速器中子源等问题。

11、磁共振图像引导放射治疗

近年来，磁共振图像引导放射治疗受到广泛关注，并取得一定的研究进展。该技术结合了磁共振成像的优点，具有在线实时追踪肿瘤、邻近危及器官以及实时优化放射治疗计划方案的功能。与CT技术比较，磁共振成像技术具有对软组织分辨率高、可三维立体观察解剖结构或肿瘤病变、无射线辐射等优点，因此是图像引导放射治疗和自适应放射治疗的首选技术。然而磁共振图像引导放射治疗在具体实施过程中仍存在不少问题，期待在后续的研究中进一步完善，从而加强磁共振图像引导放射治疗在肿瘤放射治疗领域中的应用。

参考文献：

1. 张晓智，杨蕴一，孙宇晨，等.精准放疗的现状与进展【J】.西安交通大学学报（医学版），2020，41（5）：633-638.

2. ZHENG R S,ZHANG S W,ZENG H M,et al. Cancer incidence and mortality in China,2016[J].JNCC,2022.2(1):1-9. 

3. 郎锦义.中国放疗三十年回顾、思考与展望【J】.肿瘤预防与治疗，2017，30（1）：1-4.

4. 肖泽芬，章众，张红志，等.用三维治疗计划系统评估食管癌常规放射治疗中肿瘤剂量的分布【J】.中华放射肿瘤学杂志，2004，13(4):273-277. 

5. 崔莉颖.调强适形放疗加后装放疗联合化疗在中晚期宫颈癌治疗中的临床效果【J】.中外女性健康研究，2019，27（3）：25，51. 刘英霞.调强适形放射治疗对宫颈癌放疗后腹主动脉旁淋巴结

6. 转移的疗效【J】.基层医学论坛，2019，23（7）：944-945.

7. 李小军，王小鹏，芦静.鼻咽癌调强适形放疗与常规二维放疗的剂量学比较【J】.甘肃科技，2019，35（3）：119-122.

8. 彭小保、陈文强、赵军军、等.食管癌调强技术根治性放疗后局[8]

9. 部区域失败与靶区剂量体积关系研究【J】.实用癌症杂志，2017，32(12):1962-1966.

10. 冯斌，郭栓栓，姜仁伟，等.等效均匀剂量方法结合旋转容积调[9]

11. 强技术在鼻咽癌放疗计划设计中的应用【J】.广东医学，2018. 39(3):430-433. 

12. TAOY,AUPERIN A,BLANCHARD P,et al.Concurrent cisplatin and dose escalation with intensity-modulated radiotherapy(IMRT)versus conventional radiotherapy for locally advanced head and neck squamous cell carcinomas(HNSCC):GORTEC 2004-01 randomized phase Ⅲ trial[J].Radiother Oncol,2020,150:18-25. ENG T,HA C S.Image-guided radiation therapy in lymphoma 

13. management[J].Radiat Oncol J,2015,33(3):161-171. 

14. NASSERI R,LEVY S,PRIME H,et al.Effect of a tumor staging template on consistency and clarity of prostate cancer staging[J].J Urol,2018,177(4):e155.

15. GRIMWOOD A,MCNAIR H A,O'SHEA T P,et al.In vivo

16. validation of elekta's clarity autoscan for ultrasound-based intrafraction motion estimation of the prostate during radiation therapy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2018,102(4):912-921. FU Y, WUX, THOMAS A M, et al. Automatic large quantity 

17. landmark pairs detection in 4DCT lung images[J]. Med Phys, 2019,46(10):4490-4501. 

18. COOPER B J,O'BRIEN R T,SHIEH C C,et al.Real-time respiratory triggered four dimensional cone-beam CT halves imaging dose compared to conventional 4D CBCT[J].Phys Med Biol,2019,64(7):07NT01. 

19. BOERSMA L J,VAN DEN BRINK M,BRUCE A M,et al. Estimation of the incidence of late bladder and rectum complications after high-dose(70~78GY)conformal radiotherapy for prostate cancer, using dose-volume histograms[J]. Int JRadiat Oncol Biol Phys,1998,41(1):83-92.

20. BRABBINS D、MARTINEZ A,YAN D,et al.A dose-escalation [17]

21. trial with the adaptive radiotherapy process as a delivery system in localized prostate cancer: analysis of chronic toxicity[J]. Int J Radiation Oncol Biol Phys.2005,61(2):400-408.

22. AOKI S,YAMASHITA H,HAGA A,et al.Flattening filter-free

END