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放射治疗技术发展史——技术进步与变化

放射治疗 辐射剂量
发布:2020-09-08 17:26:11    

在过去25年中,由于技术的进步和对如何利用放射生物学远离的更好理解,放射肿瘤学领域发生了重大变化。改变分割模式、即改变每次治疗的辐射剂量,以及治疗的频率,包括每天多次剂量的照射,已经成为一种常见的方案。化学治疗与放射治疗相结合,无论是序贯还是同步,也已成为众多部位疾病的标准治疗方法。以下部分将简要回顾一些放射治疗的技术进展。

一、调强放射治疗

传统上,当使用外照射放射治疗时,首先要考虑到肿瘤的位置和周围的正常组织结构来确定放射治疗技术,然后选择要使用的射束的方向、能量和数量以保障靶体积最佳覆盖照射同时相邻正常组织结构受照射最少。这种方法的剂量分布是通过改变射野的大小或权重,添加射野挡块或添加其他诸如组织补偿器之类的装置(如楔形板等)重新分布能量来保护正常组织结构。这就是所谓的正向治疗计划。

最近,利用计算机技术和设备工程的进步,开发了一种不同的方式称为逆向治疗计划。在这里,放射肿瘤医师在制定治疗方案时要首先设置靶组织及正常器官的剂量参数。每个勾画对象都有优先权或等级顺序。计算机程序可以不断优化放射治疗计划以达到预期目标。考虑多种可能性并评估许多迭代次数。这种评估通过使用剂量一体积直方图分析来优化,其可以将正常危及组织器官所受辐射剂量进行量化。只有在找到可接受的放射剂量分布后,才能最终确定使用哪一种技术。

调强放射治疗(IMRT)可以通过一步一拍(静态MRT)或滑动窗口技术(动态MRT)来实现。在静态调强方法中,在多叶光栅(MLC)调整其正确的形状时,加速器停止出束,而在后一种方法中,MLC调整过程中加速器持续出束。IMRT计划高度适用于危及器官的最佳保留,特别是凹形靶区的覆盖。然而,IMRT计划往往有更高的总监控装置(MUs),并增加对周围组织的低剂量照射。

IMRT的延伸是容积弧形调强放射治疗(VMAT),它将机架旋转/动态MLC运动和剂量率的变化相结合以创造高度适形放射治疗剂量分布。VMAT计划可以使用单个360°弧线或多个弧线进行治疗,也可以采用螺旋状,类似CT的输送方式。VMAT相对于传统IMRT的主要优点是减少了治疗时间,同时累积剂量也可能下降;对于高度复杂的靶目标,其也有可能产生更大的肿瘤剂量适形性。

二、 图像引导放射治疗

从计划阶段转向治疗需要精确地实施所选择的治疗技术。在首先确认患者在模拟定位过程中创建的支撑平台内的位置是正确的之后,可以通过几种方式来实现。尽管大多数患者接受更深层次位置的放射治疗,但在治疗皮肤或浅表恶性肿瘤的情况下可以直接观察浅表肿瘤的临床变化。每个射野或光東的平片图像已经使用几十年,在这里,随着技术的进步,诊断成像已经融合到治疗中,使得治疗可以基于在患者处于治疗位置时获得的CT扫描。放射肿瘤医师可以利用兆伏级或锥形東CT扫描直观地显示靶目标,根据靶目标当前的位置进行调整,然而也需要考虑相邻的正常结构组织。放置在肿瘤内或附近的替代物(例如基准标记物)可用于评估放射治疗的聚焦点。其他系统包括(但不限于)超声引导成像、三维光学表面监测、红外线或光学标记物追踪,以及射频一信标引导模式。因此图像引导放射治疗(IGRT)是放射治疗期间使用实时成像进行治疗定位。

从IGRT收集的信息可以用来修改治疗计划。在典型的6周治疗过程中,肿瘤体积、患者解剖结构和患者体位的改变会显著影响靶目标和危及器官的位置和体积。因此,图像引导可以帮助识别患者治疗时的那些变化,这可能导致重新做计划,重新模拟定位,或两者都需要。这个过程称为自适应放射治疗,是指根据解剖变化调整放射治疗。自适应放射治疗可以与功能成像结合,例如F- FDG PET,以区别提高残存肿瘤或放射抗拒的肿区域的照射剂量。后一种技术被称为剂量绘画(DP)放射治疗。IGRT结合自适应放射治疗联合使用,可使剂量加至靶目标,同时保护了危及器官。

三、立体定向放射外科/立体定向放射治疗

1951年,瑞典神经外科医生 Lars Leskell首先提出了高剂量放射治疗脑病变的概念。立体定向放射外科(SRS)提供了一个每分次大剂量(通常是单次或3~5次)治疗局灶性脑病变,由于其剂量梯度跌落极快,故最大限度地减少了对周围正常组织的毒性。最近,立体定向放射治疗(SBRT)是SRS的延伸,其通过图像实时引导用于治疗颅外转移灶。SBRT可用于治疗肺、脊柱、肝脏、胰腺、肾脏和前列腺的局灶性病变。

四、粒子束放射治疗

虽然放射治疔通常使用不带电荷的能量称为光子,但它也可以给出带电粒子如电子或质子或不带电粒子如中子。这些粒子在物理性质上有着不同的优势,因此它们在组织中的分布及生物有效性也不同。

在质子治疗中,主要优势在于空间分布,能给周围有需要保护的区域提供高剂量照射。当考虑到肿瘤接近剂量限制性器官组织如眼睛、大脑和脊髓时,质子治疗优势最明显。使用质子,目标区域之外也会有小的照射剂量。碳离子可以提供类似的剂量梯度和提高生物有效性。重要的是,了解这些放射治疗方式的专业知识是必要的,因为增加的适形性同时会带来丢失靶目标的风险。也就是说,保护正常组织结构会增加恶性肿瘤覆盖率不足的风险。另一条原则是:“如果你没有击中你需要击中的东西,就不要错过你原本想错过的东西。”

中子有助于治疗生长缓慢的肿瘤。它们不像其他粒子那样具有空间优势,但是它们的放射生物学效应更大,并且在治疗放射治疗抗拒的肿瘤时是有利的。缺乏空间优势导致临床澘力有限,因为难以向肿瘤提供足够的剂量,也不会对邻近组织结构带来潜在的风险。解决这一问题的方法之一是使用硼中子俘获治疗(BNCT)。为此含硼化合物优先集中在肿瘤内,随后用中子照射瘤。中子与硼的相互作用导致a粒子(重的带正电的粒子)和锂核的释放。它们都具有非常短的辐射范围,因此可以优先与紧邻的细胞相互作用,对肿瘤造成显著的损伤。这种类型的治疗已被用于恶性脑肿瘤。

五、近距离放射治疗

近距离放射治疗或短程治疗被定义为在肿瘤附近放置密封放射源。历史上最初使用镭作放射源,但现在使用更安全并具有更多实际特性的源如碘、钯、铱和铯。近距离放射治疗有三种形式:①第一种类型是将模具或敷贴器置于浅表病变的皮肤或粘膜上;例如,眼敷贴器已被用于治疗视母细胞瘤、眼部黑色素瘤和翼状胬肉;②组织间插植是将含有放射源或粒子的导管置于软组织内,例如前列腺组织间插植;③腔内照射是将放射源放置在体腔中,例如阴道近距离放射治疗往往用于子宫内膜癌的辅助治疗。

六、术中放射治疗

术中放射治疗(IORT)技术在过去的30年中一直存在,但近年来该技术已经越来越受欢迎。这部分归功于TARGIT-A试验的成功,这是一项国际多中心、随机、前瞻性的Ⅲ期非劣效性试验,将早期乳腺癌患者被随机分配到全乳放射治疗和对瘤床进行靶向的IORT,使用低能量X线(kV范围内)。

IORT在麻醉状态下肿瘤(原发或复发)切除后对瘤床开始照射。IORT的理论优势是通过最大限度地保护/屏蔽正常组织并向瘤床实施大剂量单次照射以改善局部控制而获得较高的治疗比。IORT可作为单一治疗,但更常用于联合外照射治疗(±化学治疗)。目前,市场上存在使用电子、低kV级光子和192Ir高剂量率的术中机器。

七、非密封源

几十年来,未密封的放射性同位素被用于治疗恶性肿瘤。在这种类型的治疗中,放射性药物可口服或静脉给予患者,如32P、131I、90Y、89Sr和153Sm,它们产生β射线杀伤肿瘤细胞。尽管第一种放射性药物通常具有在靶器官或部位累积的内在倾向,但是由于它们的血液学毒性,其使用潜力有限。最近,新一轮的研究导致了生物分子靶向药物的进展,其通过操纵免疫系统来优化细胞毒性剂向特定类型的体细胞递送。

八、热疗

对放射治疗来讲,热疗可使放射治疗增敏。这种作用机制是多因素的,可能与细胞存活所必需的DNA修复蛋白的失活有关。热疗也是放射治疗的补充,因为细胞周期的S期(通常是相对抗辐射的时期)对高温敏感。另外,缺氧细胞(相对抗辐射的)也是热敏感的,因为营养缺乏的细胞处于不利于其生长的酸性pH中。不知道热疗和放射治疗的组合是否具有协同效应或相加效应。无论如何,这种治疗方法可能是治疗浅表肿瘤如局部复发性乳腺癌的有效方法。从历史上看,技术上的局限性使深层肿瘤难以加热。然而,荷兰的一项随机试验比较了有或没有深部热疗的放射治疗,结果显示后者的完全缓解率显著提高,并带来生存获益。新一代的深度热疗设备加上体内磁共振成像(MRI)来提供精确的温度测量,此种组合或许有前景。

本文内容节选自《临床放射肿瘤学: 适应证、技术与疗效》,一部高度实用、基于放射肿瘤生物学和放射治疗临床疗效的综合性著作。

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