肿瘤放射治疗

肿瘤放射治疗 川北医学院附属医院马晓洁 目的要求 了解 现代放射治疗新技术熟悉 常用放疗设备和放射治疗的质量控制和质量保证掌握 放射治疗的基本原理和临床应用 肿瘤放射治疗学 学科构成放射物理学基础及常用放射治疗设备放射生物学基本概念投照技术学放射治疗的临床应用 放射治疗发展的重大历史事件1 1895年伦琴发现X射线 2 1898年居里夫妇发现镭 3 1902年 线用于治疗皮肤癌 4 1902年研制出庞大的200KV级 线治疗机 开始 深部 线治疗 时代 5 1924年Failla首倡用含有氡气的金属永久性植入肿瘤区 开始了正规的近距离治疗 6 1950年开始用重水型核反应堆获得大量的人工放射性60Co源 促成了远距离60Co治疗机大批问世 7 1954年美加州大学实验室进行了世界上第一例直线加速器治疗 一些肿瘤的放射治疗治愈率 放射学Radiology 生物 肿瘤放射治疗学 学科构成 定义 是研究 应用放射物质 放射能治疗肿瘤的原理和方法的一门临床学科 构成 放射物理学 研究各种放射源的性能和特点 剂量和防护 放射生物学 研究机体正常组织和肿瘤组织对射线的反应及如何人为地改变这些反应的质和量 放疗技术学 研究具体运用各种放射源及设备治疗肿瘤病人 包括射野配置 定位 体位固定 摆位操作等技术实施 临床肿瘤学 适应症的选择 放射反应的处理等 放射物理学 LET类型 照射方式 放射物理 放射物理学及放疗设备 电离辐射与物质作用放射源与放射治疗设备放射剂量单位放射治疗剂量学四原则 一 电离辐射和物质作用 能够使物质发生电离的射线称为电离辐射线电离是射线引起物质物理 化学变化及生物效应的主要机制 带电粒子辐射 粒子 粒子等非带电粒子辐射 X射线 射线 中子等 放射物理学 1电磁辐射 频率高于1016 s 波长小于10 7m以下的电磁波属于电离辐射线 实质为光子线 低LET射线 放射源不同分类X射线 主要由X射线治疗机 直线加速器等设备产生 射线 由人工或天然放射性元素释放 例如60Co治疗机 放射物理学 2光子与物质作用的物理效应 光电效应 35keV低能射线的主要效应入射光子把能量全部传递给轨道电子 主要是内层 而释放出光电子 导致初级电离 光电子的能量等于光子的全部能量减去该电子束缚能 它与吸收物质的原子序数有关 放射物理学 康普顿效应 5MeV 1MeV 入射光子把能量部分传给外层电子 使其成为反冲电子 而光子以较低能量改变射程方向 这是电离辐射在放射治疗的主要吸收方式 放射物理学 电子对效应 02MeV 光子与原子核的电荷作用变成正负电子 尤当光子能量 10MeV时成为主要效应 放射物理学 线性能量传递 线性能量传递 LinerEnergyTransfer LET 表示沿次级粒子径迹单位长度上能量转换 LET反映的是很小一个空间中单位长度 m 路程上能量转移的多少 LET 单位为keV m 放射物理学 线性能量传递 低LET射线 100MeV 粒子 加速器产生的高能中子 质子 带电重粒子等 高LET射线与低LET射线的不同 形成电离吸收峰 Braggpeak 相对生物效应大 对含氧状态依赖小 利于杀伤乏氧细胞 细胞周期不同时相放射敏感性差异小 主要为致死性损伤 放射物理学 二放射源与放射治疗设备 1放射源的种类 放射性同位素释放出的 射线 X线治疗机和各类型加速器产生不同能量的X射线 各类加速器产生的电子束 质子束 中子束等 放射物理学 基本照射方式 远距离照射 Tele therapy 位于体外一定距离 20 100cm 近距离照射 Brachytherapy 分为腔内和组织间照射 内用同位素治疗 RadioisotopeTherapy 放射物理学 3放疗常用的治疗机 加速器 放射物理学 普通X线机 浅 中 深层 Co 60机 放射剂量单位 吸收剂量 D 单位 戈瑞 Gray Gy 焦耳 千克 1Gy 100cGy百分深度剂量 PDD 射野中心轴不同深度的剂量百分比剂量参考点 照射剂量 单位为戈瑞 Gary Gy 1Gy 1kg物质吸收 J能量 1Gy 100cGy剂量率 单位时间内照射的剂量称为剂量率 目前常用外照射剂量率在100 1000cGy min内 生物效应差别不大 放射生物学 剂量学原则 肿瘤剂量要准确 照射野要对准靶区靶区剂量要均匀射野设计要尽量提高肿瘤剂量及减少照射区正常组织剂量 优化 保护肿瘤周围重要脏器 至少不使其受超量照射 重要器官的保护 CancerCenterSUMS 三高能电子束临床剂量学特点 射程深度与能量成正比 一定深度内剂量分布较均匀 超过一定深度后剂量迅速下降 骨 脂肪 肌肉对电子线吸收差别不显著 可用单野作浅表或偏心部位肿瘤的照射 放射物理学 电子束深度剂量曲线 常规面颈联合野能量 6MV大小 14 14cm参考点 射野中心剂量 200cGy 最大剂量 271cGy最大剂量点 皮下1 5cm180cGy剂量线未能包全对侧隐窝同侧颞颌关节完全受到240cGy照射 放射生物学 电离辐射生物效应的发展 所需时间电离辐射 10 16秒 10 5秒 数秒至数小时 数分至数小时 数小时至数年 能量吸收 分子的电离和激发 直接作用 间接作用 生物高分子变化 生理效应 生化损伤 突变 亚显微损伤 可见损伤 远期效应 机体死亡 细胞死亡 放射生物学 DNA自由基 射线的生物效应 放射线 DNA损伤 DNA生物大分子 放射线 水分子 直接作用 间接作用 氢氧自由基 一放射线的生物效应 直接作用 有机自由基使DNA链断裂 高LET射线的主要损伤方式 间接作用 水分子电离产生的强自由基 H OH 并弥散到DNA上造成损伤 低LET射线为主 间接作用 直接作用 放射生物学 3细胞的放射反应 细胞增殖性死亡 细胞照射后不可逆的丧失无限分裂增殖的能力细胞间期死亡 细胞受照射后 所有细胞功能都终止 最终发生细胞溶解 放射生物学 4细胞损伤主要影响因素 细胞本身的生物学特性1923年 Bergonie Tribondeau在用大鼠研究放射效应时 提出B T定律 组织的放射敏感性与细胞分裂活跃性成正比 与分化程度成反比 放射生物学 氧 富氧有利射线在组织中产生自由基 有利于对细胞的损伤 氧固定假说 氧增强比 oxygenenhancementratio OER 描写某种射线其放射敏感性对细胞含氧状态依赖关系的物理量 OER D0乏氧细胞 D0有氧细胞相对生物效应 relativebiologicaleffect RBE 描写不同质射线对同一种细胞生物效应大小 一般用250kev的X射线作为标准射线 放射生物学 相对生物效应 relativebiologicaleffect RBE 描写不同质射线对同一种细胞生物效应大小产生一定生物效应标准射线剂量 RBE 产生同样生物效应的另一种射线剂量 LET变化时OER和RBE的改变 放射生物学 细胞照射后的存活曲线 氧效应 正常组织和肿瘤细胞在分次照射中的4个变化 4R 肿瘤细胞放射损伤的修复 Repair 致死性损伤亚致死性损伤潜在致死性损伤肿瘤细胞的再增殖 Regeneration 残存细胞加速再增殖 G0期细胞进入增殖周期细胞周期再分布 Redistribution M期和G2末期敏感S期敏感性低G0期抗拒乏氧细胞的再氧合 Reoxygeneration 细胞放射损伤的修复 repairofradiationdanmage 一般将细胞的放射损伤概况为3种类型亚致死损伤 sublethaldamage 指受照射之后 细胞的部分靶而不是所有靶内所累积的电离事件 通常指DNA的单链断裂 它是一种可修复的放射损伤 对细胞死亡影响不大 但亚致死损伤的修复会增加细胞存活率 潜在致死损伤 potentiallethaldamage 指正常状态下应当在照射后死亡的细胞 若在照射后置于适当条件下由于损伤的修复又可存活的现象 致死损伤 lethaldamage 指收照射后细胞完全丧失了分裂繁殖能力 是一种不可修复 不可逆和不能弥补的损伤 周期内细胞的再分布 redistributionwiththecellcycle 大量的研究表明 S期细胞放射抗拒 G2 M期细胞放射敏感 其原因可能是G2期细胞在分裂前没有充足的时间修复放射损伤 哺乳动物细胞在增殖周期内不同期的细胞有不同的放射敏感性 分割放疗将会使最敏感的细胞选择性地明显减少 而留下较大比例的对放射相对抗拒的细胞 氧效应及乏氧细胞的现再氧合 oxygeneffectandreoxygenation 氧效应 细胞对电离辐射的效应依赖于氧的存在 人们把氧在放射线和生物体相互作用中所起的影响称为氧效应 肿瘤乏氧 实体瘤的生长需要不断地诱导血供 这个过程称之为血管生成 新形成的血供是原始性的 不能满足生长中肿瘤的需要 因此造成营养不良和供氧不足区域 乏氧细胞的再氧合 一般肿瘤内乏氧细胞比例约为15 20 一次照射后肿瘤细胞群中乏氧细胞比例增加 可高达100 经过一段间隔时间后 由于瘤体缩小 耗氧减少以及血管供应改善 乏氧细胞逐渐再氧合 再群体化 repopulation 照射可启动肿瘤内存活的克隆源细胞 使之比照射以前分裂的更快 这称之为加速再群体化放射治疗期间存活的克隆源性细胞的再群体化是造成早反应组织 晚反应组织及肿瘤之间效应差别的重要因素 在常规放疗期间 大部分早反应组织有一定程度的快速再群体化 晚反应组织由于其生物学特性一般认为疗程中不再发生再群体化 如果放疗疗程过长 疗程后期的分次剂量效应将由于肿瘤内存活干细胞已被启动进入快速再群体化而受到损害 二放射线对正常组织器官作用 正常组织耐受量 5年内 A最小的器官损伤剂量 TD5 5 B最大的器官损伤剂量 TD50 5 早反应组织 快更新组织 10晚反应组织 慢更新组织 1 3区分早反应组织和晚反应组织有利于临床上改变分次照射方案的制定 放射生物学 放射生物学 分割放疗的生物学基础 放射生物学 三肿瘤的放射敏感性 放射敏感肿瘤 淋巴类肿瘤 白血病 精原细胞瘤等中度敏感肿瘤 鳞癌不敏感或敏感差的肿瘤 大多数腺癌和肉瘤类 放射生物学 放射生物学 放疗疗效与并发症的关系 放射性损伤及修复形式 放射线对正常组织器官作用 正常组织器官耐受量最小耐受量TD5 5最大耐受量TD50 5 组织对放射线的敏感性与其增殖能力成正比 与其分化程度成反比 一定剂量下 受照射体积越大 反应越大 身体状况 有无伴发其它疾病 年龄等也是影响因素 放射线对正常组织器官作用 放射治疗的临床应用 放射治疗的临床应用 治疗原则适应症禁忌症治疗过程反应及处理综合治疗新进展 模拟机 体位固定 局部治疗手段 剂量限制性毒性 放射治疗 放射性损伤限制了高剂量局部控制问题 不解决远处转移 特点 缺点 治疗原则 疗效确切应用广泛 2 3 放射治疗的临床应用 根治性放疗以达到消灭肿瘤的原发和转移灶 又能给予不同肿瘤及靶区相应根治量为目的 如 鼻咽癌 皮肤癌 早期喉癌 乳腺癌姑息性放疗对晚期病例 以抑制肿瘤生长 减轻痛苦 延长寿命 提高生存质量为目的 止痛 止血 缓解肿瘤压迫 上腔静脉压迫症 剂量 1 3 2 3根治量 放射治疗的临床应用 放射治疗禁忌症晚期肿瘤造成的严重贫血 恶液质 肿瘤侵犯已出现严重合并症 如食管癌瘘道形成 中耳癌穿破鼓室盖 肺癌并大量胸水外周血象过低 Hb 60G L WBC 3 0 109 L PLT 80 109 L伴有严重肺结核 心脏病 肾脏病或其它使病人随时发生危险的疾病 尔放疗有可能加剧病情致命者 接受过根治量放疗的组织器官已有放射性损伤出现时 不宜行再程放疗 放射治疗过程 模拟机 体位固定 放射治疗过程 体位固定 放射治疗过程 计划设计符合放射治疗剂量学四原则 肿瘤剂量要求准确 照射野应对准所定义的靶区 治疗的肿瘤区域内 剂量分布要均匀 剂量变化梯度不能超过 5 即要达到90 以上的剂量分布 射野设计要尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量 保护肿瘤周围重要器官免受照射 至少不能使它们接受超过其允许耐受剂量范围 放射治疗剂量学四原则 肿瘤剂量要求准确 照射野应对准所定义的靶区 治疗的肿瘤区域内 剂量分布要均匀 剂量变化梯度不能超过 5 即要达到90 以上的剂量分布 射野设计要尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量 保护肿瘤周围重要器官免受照射 至少不能使它们接受超过其允许耐受剂量范围 靶区照射野 靶区剂量正常组织剂量 计划设计 剂量学四原则 1 靶区 TargetVolume GTV Grosstargetvolume 肉眼或影像学检查所见的肿瘤CTV Clinicaltargetvolume GTV外一定区域 有可能受侵的亚临床病灶区域PTV Planningtargetvolume 器官移动系统和随机误差 计划设计 剂量学四原则 1 等距离放疗 90年代以前 靶区临床经验参照体表标志手工画线照射野的设置等距离照射规则形的射野及挡块 体表画线不能精确定位体内的肿瘤位置及形状 规则形的射野 挡块难以适应不规则的肿瘤形状 计划设计 剂量学四原则 1 等中心二维放疗 1989 1999 靶区X线模拟机X线成像参照X线的骨性标志照射野的设置不规则形的低熔点铅挡块 以X线成像为基础的定位方法不能精确CT MR检测的病灶范围 计划设计 CT模拟机定位 计划设计 剂量学四原则 1 二维放疗 1999 2000 靶区CT模拟机CT MRI PET等的三维解剖影像靶区CT MRI融合技术 制作挡块 放射治疗剂量学四原则 肿瘤剂量要求准确 照射野应对准所定义的靶区 治疗的肿瘤区域内 剂量分布要均匀 剂量变化梯度不能超过 5 即要达到90 以上的剂量分布 射野设计要尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量 保护肿瘤周围重要器官免受照射 至少不能使它们接受超过其允许耐受剂量范围 靶区照射野 靶区剂量正常组织剂量 提高肿瘤剂量 降低正常组织受量 90 以上的剂量 重要器官耐受量 剂量学四原则 2 3 4 肿瘤区域的低剂量105 靶区定义及定位虽然准确但常规射野仍不符合剂量学要求 剂量学四原则 2 3 4 三维放疗靶区 以CT sim为基础照射野的设置多角度 非共面的多个适形射野MLC Mimic 楔形板等介入全靶区的三维剂量计算及显示 肿瘤区域的低剂量105 100 尽量提高治疗区内剂量及降低照射区正常组织剂量 治疗的肿瘤区域内 要达到90 以上的剂量分布 常规设野 三维设野 剂量学四原则 2 3 4 三维适形放疗仍不能使部分重要器官在安全耐受范围内 调强放射治疗有利于 C 形靶区后的正常组织保护 三维适形照射技术 三维适形照射技术 3 dimensionalconformalradiationtherapy 在照射方向上 照射野的形状与病变的形状一致 放射治疗技术 IMRT 三维适形放疗的优点 设野更加直观 合理 可实现非共面设野 靶区内剂量分布更加适形 合理 并确保了周围正常组织器官受照射剂量在可耐受范围内 减少正常组织并发症的发生率 提高患者的生存质量 可能改变传统的剂量和分次模式 如加大分次剂量以减少疗程总分次数 缩短疗程 或通过递增试验提高总剂量 对肿瘤的局部控制可能更有利 计划设计 剂量 分割方式常规分割放疗 1 8 2 0Gy 次 5次 周非常规分割放疗 低分割放疗 不敏感的肿瘤 分次量 2Gy超分割放疗 分次剂量 每天及总分割次数 加速放疗 总疗程时间 总剂量鳞癌根治剂量 70Gy预防剂量 50 60Gy正常组织耐受量 脊髓45Gy 放射治疗过程 计划验证 放射治疗过程 计划执行 放射治疗的临床应用 常见放射反应的观察和处理放射反应 在射线作用下出现的暂时性可恢复的全身或局部反应 全身反应 与放射剂量大小 照射体积 照射部位 病人全身情况及个体差异有关 局部反应 皮肤反应 粘膜反应放射性损伤 是指射线作用引起组织器官不可逆永久损伤 应尽力避免 放射治疗的临床应用 综合治疗放疗与手术综合治疗术前放疗 可以缩减肿瘤浸润 减少癌性粘连提高手术切除率手术野内有活力的肿瘤细胞数数目减少 可降低肿瘤的种植机会使瘤床微血管 淋巴管闭塞 减少远处转移的可能性术中照射 术后照射 消灭手术野或区域淋巴结的残存灶或亚临床病灶 减少局部复发和因此而可能发生的远处转移 放射治疗的临床应用 放疗与化疗的综合治疗诱导化疗同期化疗辅助化疗 放射治疗的临床应用 放疗前的辅助治疗减少并发症 提高生存质量有利于放疗顺利进行包括洁牙 口腔处理合并症 贫血 结核 心脏病 感染 现代放射治疗新进展 一 放射治疗新技术 影像引导定位技术常规X线模拟定位CT模拟定位MRI影像定位CT PET影像定位 立体定向照射技术 stereotacticradiotherapy 多个圆形小野三维多弧非公面集束分次照射以使剂量分布与靶区形状一致 射波刀 适形调强照射技术 intensitymodulatedradiationtherapy IMRT 成像的反思维 通过调节剂量 剂量三维分布与靶区适形 容积调强 二 非常规分割放射治疗 常规模式 分次剂量为1 8 2 0Gy 每周 次 根据肿瘤组织早晚反应的不同及 值的不同 决定分割照射方式 超分割放疗加速超分割放疗 呼吸运动导致的靶区移动 4D CT 四维放疗技术 IGRT PTV 靶区 正常组织的计划剂量与实际剂量有差别胸腹部肿瘤 正常器官随呼吸运动移动范围较大 呼吸门控每日摆位的误差 每次治疗体位的验证 EPID 治疗过程中肿瘤 正常组织体积的变化 及时的计划修整 四维放疗技术 IGRT 靶向作用于射线损伤DNA的修复 影响细胞周期调控 凋亡 以及增殖等转导信号通路 放射增敏 运用蛋白组学技术探求与肿瘤放射敏感性相关蛋白 随着肿瘤干细胞生物学的进步 靶向作用于肿瘤干细胞 放射增敏 肿瘤放射生物学研究热点 物理适形放疗 21世纪未来的放疗 C CliftonLingetal IJRO GTV PTV Hypoxia PET F miso TumorGrowth PET IUDR TumorBurden MRI MRS choline