放射治疗学本科

肿瘤放射治疗学概论何振山大学肿瘤防治中心放疗科肿瘤放射治疗学：基于“问题”的学习肿瘤放射治疗学的发展史及学科构成一个放疗医生需要哪些知识？放射物理学与放射生物学基础为什么放射治疗可以治疗肿瘤？放射治疗设备与治疗流程如何完成一个放射治疗疗程？放射治疗的临床应用哪些病人需要放射治疗？绪论

肿瘤放射治疗学

是研究、应用放射物质或放射能治疗肿瘤的一门临床学科临床肿瘤学放射物理学放射生物学放射技术学肿瘤放射治疗学：学科构成研究、应用放射物质/放射能治疗肿瘤的一门临床学科放射物理学研究各种放射源的性能特点、治疗剂量学、质量控制/保证以及辐射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在临床肿瘤学的基础上，研究放射治疗的适应症，根据病理、分期、预后确定治疗策略，综合运用上述知识实施放疗，并在治疗过程中及时处理放疗反应、并发症和防治后遗症“放射治疗”不同与“放射诊断”临床肿瘤放射物理放射生物放射技术X线诊断CT/MRI介入微创放射治疗的起源威廉·伦琴，德国物理学家

1895年观察到放在射线管附近涂有氰亚铂酸钡的屏上发出微光，最后他确信这是一种尚未为人所知的新射线-X射线玛丽·居里，法国籍物理学家/放射性化学家1989年发现了镭，发明分离放射性同位素技术。在她的指导下，人们第一次将放射性同位素用于治疗癌症。肿瘤放射治疗发展史1895年1898年1899年1920年1922年

Coutard报道X线可治愈晚期喉癌研制出200KVX线治疗机首次使用X射线治疗皮肤癌居里夫妇提炼出天然放射性元素镭德国物理学家伦琴发现X射线肿瘤放射治疗发展史1950’s1970’s1980’s1990’s2000’sPET/CT应用于诊断和放疗，进入IGRT时代CT模拟定位机产生，出现3DCRT/IMRTMRI应用于肿瘤诊断，TPS系统产生CT应用于临床，使用加速器治疗恶性肿瘤Co60应用于治疗恶性肿瘤从射线的发现到现代治疗设备的产生，经历了100余年的历史第1节

放射物理学与放射生物学基础放射物理：辐射是什么？大部分原子的原子核都是稳定的，不过有些原子核，尤其是一些较大的原子核，却是不稳定的。氢原子是最小的原子，它的原子核只有一颗质子。较大的原子则含有许多质子和中子，铀-238原子核便有92颗质子及146颗中子。不稳定原子核放射出粒子及能量，这个过程称为衰变。衰变过程释放的这些粒子或能量统称辐射。放射物理：电离辐射是什么？电离辐射是指波长短（<10-7m）、频率高（>1016/S）、能量高的射线因为辐射的能量高，足以将其他原子的电子撞击出外，产生带正电的电离子，因此被称为“电离辐射”电离辐射非电离辐射放射物理：辐射的分类辐射电离辐射粒子辐射α粒子β粒子中子电磁辐射高能量电磁波X射线γ射线非电离辐射低能量电磁波紫外线光线红外线超声波微波无线电波高LET射线放射线的效应：三阶段生物体激发和电离直接作用间接作用靶分子改变损伤修复损伤不能修复细胞存活细胞死亡放射线物理阶段化学阶段生物阶段自由基物理阶段光电效应康普顿效应电子对效应入射光子把能量全部传递给内层电子而释放出光电子入射光子把能量全部传递给外层电子，使其成为反冲电子，而光子以较低能量改变射程方向为散射线入射光子把能量全部传递给原子核，形成电子对，而光子以较低能量改变射程方向成为散射线光子与物质作用的3种效应光电效应入射光子把能量全部传递给内层轨道电子而释放出光电子，导致初级电离主要应用于影像诊断康普顿效应入射光子把能量部分传递给外层电子，使其成为反冲电子，而光子以较低能量改变射程方向放射治疗的主要吸收方式电子对效应光子与原子核的电荷作用变成正负电子骨对射线能量的吸收增大

光子与物质作用的物理效应光电效应:低能射线

E<35Kev康普敦效应：中能射线

0.5Mev<E<1Mev电子对效应：高能射线

E>1.02MeV19化学阶段有机自由基（RH-)直接作用：直接作用于关键靶(DNA生物大分子)间接作用：通过自由基(羟自由基，OH-)作用于关键靶水分子羟自由基（OH-）DNA生物大分子碱基破坏酶损伤DNA单链双链断裂或交联损伤生物反应阶段细胞损伤突变辐射诱发癌损伤亚致死性损伤一定时间内修复潜在致死性损伤适宜环境下修复死亡增殖性死亡间期死亡放射性损伤及修复形式剂量增大21细胞的死亡间期死亡(即刻死亡)处于有丝分裂间期的细胞受照射后立即死亡大剂量（≥100Gy）照射后死亡的机制增殖期死亡(分裂死亡、延缓死亡或代谢死亡)正在分裂的细胞受照射后再分裂一次或几次后死亡小至中等剂量（2-10Gy）照射后死亡的机制

细胞的放射反应及损伤的类型细胞辐射损伤的主要影响因素照射剂量：与细胞损伤形式有关小剂量：分子水平放射损伤，通过遗传突变形式显示大剂量：导致细胞分裂抑制高剂量：细胞死亡剂量率：单位时间内照射的剂量常用外照射剂量率：100～1000cGy/min低剂量率照射过程中出现亚致死性损伤的修复及未受损伤细胞的再增殖氧射线的质氧对辐射损伤的影响氧效应：氧在放射线和生物体相互作用中所起的影响成为“氧效应”。氧固定假说：有氧存在的情况下，氧与自由基R作用形成有机过氧基（RO2），它是靶物质的不可逆形式，于是损伤被化学固定下来。氧增强比：在乏氧及空气情况下达到相等生物效应所需的照射剂量之比。射线的质对辐射损伤的影响射线的质：用线性能量传递（linerenergytransfer,LET）来描述，临床上分为高LET和低LET射线线性能量传递：描写射线质的一种物理量，表示沿次级粒子径迹单位长度上能量转换单位是keV/μm（千电子伏特/微米）相对生物效应（relativebiologicaleffect,RBE）：用来衡量不同质射线对同一种细胞生物效应的大小低LET射线的特点包括：深部χ线，钴-60γ线，加速器的χ线和电子线物理特点：能量传递较小(10keV/um)生物学特点：氧效应较明显，对乏氧细胞作用较小对细胞的生长周期依赖性大以亚致死性损伤为主高LET射线的特点包括：快中子、质子、重离子、

负π介子物理学：单位长度轨迹传递的能量高有电离吸收峰生物学：相对生物效应（RBE）大对含氧状态依赖小，有利于杀伤乏氧细胞(氧增强比小)对周期中不同时相细胞的放射敏感性差异小：DNA双链断裂多，为致死性损伤，修复少RelativeDoseDepthinTissue(cm)0102030123428肿瘤细胞在分次放疗的反应损伤修复(Repair)亚/潜在致死性损伤修复肿瘤细胞修复时间长，修复率低正常细胞修复时间快，修复率高细胞再增殖(Regeneration)照射后残存肿瘤细胞加速再生长细胞周期再分布(Redistribution)放射敏感性：M＞G2＞G1＞S乏氧细胞再氧合(Reoxygenation)正常组织加速增殖快正常组织内处于细胞周期的数目少，损伤小正常组织细胞周期恢复快S期G2期M期G1期射线对正常组织的影响B-T定律：人体组织的放射敏感性与其细胞的分裂活跃性成正比，与分化程度成反比一定剂量下反应与照射体积有关类型特点组织器官早反应组织增殖能力强，放射反应出现在照射期间或其后较短时间内，在放疗过程中（4~6周）有显著的再增殖皮肤、粘膜、造血系统的前体细胞、小肠隐窝细胞、睾丸精原细胞晚反应组织不增殖或仅有缓慢增殖，放射反应出现在照射后较长时间，损伤一般由纤维细胞核其他结缔组织的过度生长、纤维化来修复神经组织、肺、肾、膀胱、骨髓肿瘤对辐射的反应对射线的反应类似于早反应组织，内在敏感性3类放射敏感肿瘤：淋巴瘤、白血病、精原细胞瘤、神经母细胞瘤中度放射敏感肿瘤：鳞癌、部分腺癌放射不敏感或抗拒肿瘤：腺癌、黑色素瘤、软组织肉瘤肿瘤的临床情况与放射敏感性的关系肿瘤的临床期别（肿瘤负荷）以往治疗情况局部感染肿瘤生长部位和形状病人全身情况（是否恶液质）放射敏感性不等于临床治愈性

正常组织器官耐受量概念最小耐受量（TD5/5）：照射后5年内放射合并症发生率不超过5％所对应的放射剂量最大耐受量（TD50/5）：照射后5年内放射合并症发生率不超过50％所对应的放射剂量影响因素：分割方式受照射体积年龄/预期存活期

肿瘤组织与正常组织对射线反应的差别4“R”项目肿瘤组织早反应组织晚反应组织损伤修复修复能力低低强修复速度T1/2快0.5h快0.5h慢1.5-2.5h再增殖增殖能力强强无或低增殖速度较快快慢周期再分布周期时间短短无或很长周期再分布明显明显不明显再氧合乏氧细胞>20%无无再氧合明显无无第2节

放射治疗设备与治疗流程分类X线治疗机钴60加速器后装机设备外观照射方式远距离照射远距离照射远距离照射近距离照射射线分类放射能放射物质放射能放射物质射线种类低能X线γ线(钴60)高能X线高能电子线γ线(铱192)LET分类低LET射线低LET射线低LET射线高LET射线（快中子、质子、负π介子、重离子）低LET射线放射源和放射治疗设备电离辐射粒子辐射电磁辐射辐射类型X线γ线电子中子质子负π介子重离子放射源LET类型加速器X线治疗机加速器放射性同位素治疗设备照射方式高LET射线低LET射线远距离治疗近距离治疗远距离治疗放射源和放射治疗设备高能电子束剂量学特点在组织中射程深度与其能量成正比表面到一定深度内剂量较均匀，超过一定深度后剂量迅速下降骨、脂肪、肌肉对电子线的吸收差别不显著可用单野做浅表或偏心部位肿瘤的照射照射方式远距离照射（外照射）：源皮距（放射源到人体皮肤距离）大于30cm，即射线从体外穿过机体组织到达肿瘤部位。近距离照射：直接把放射源置于肿瘤边缘或肿瘤组织内。

后装：铱192粒子植入：碘125照射流程确定治疗原则体位固定定位放疗计划设计适形照射方法网络传输实施照射Step1：确定治疗原则主要用于恶性肿瘤，对于良性肿瘤要严格限制必须取得病理诊断定性生物学特性：剂量选择、综合治疗方案的制定TNM分期确定治疗目的：根治？姑息？综合治疗方案的制定40Step2：体位固定

整个放疗过程需要重复最初的体位乳腺托架真空袋面膜头颈肩膜体膜腹膜41Step3：定位

为了定位肿瘤获取一些影像资料二维放射治疗三维放射治疗Step4：计划设计-靶区（TargetVolume）肿瘤区(Grosstargetvolume,GTV)临床或影像学检查所见的肿瘤临床靶区(Clinicaltargetvolume,CTV)GTV外一定区域，有可能受侵的亚临床病灶区域，根据肿瘤生物学特性计划靶区(Planningtargetvolume,PTV)器官在射野中的移动导致临床靶区的位移，以及日常摆位、设备系统误差等造成靶区位置体积变化所导致的，必须适当扩大照射的范围Step4：计划设计-正常组织Step4：计划设计-剂量限制要求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45GyStep4：计划设计-布野多角度、非共面的多个适形射野MLC/Mimic/楔形板等介入调强放射治疗（IMRT）调节射线强度或剂量分布，使肿瘤表面和内部各点的射线剂量在一定范围内均匀Step4：计划设计-优化-剂量精确Step4：评估及确认49放射治疗剂量学四原则剂量要求准确；剂量分布要均匀；尽量提高治疗区内剂量，降低照射区正常组织剂量；保护肿瘤周围重要器官（受量≯TD5/5）理想剂量学曲线Step5：适形照射实施方法

低熔点铅挡块铅挡块Step5：适形照射实施方法

多叶准直器MOSAIQ3In-patientwards/201beds/30physicians,50nurses24Out-patientClinic/29physicians,6nurse10Linac/75therapist5Simulator,1brachytherapy/10therapist,4nurse61setofTPS/23Physicsanddosimetrist

Step6：网络传输+网络信息管理Step7：实施照射-中心点验证Step7：实施照射-射野验证55Step7：实施照射-治疗第3节

放射治疗的临床应用内容治疗原则放射治疗适应证放射治疗禁忌证放射反应及处理放疗在综合治疗中的应用放射治疗新进展57581、治疗原则诊断明确病理诊断、影像学检查、临床分期重视首程放疗，制定最佳治疗方案综合治疗？单纯放疗？根治性？姑息性？优化放疗计划遵循临床剂量学原则适当辅助治疗放射治疗在肿瘤治疗的地位18%22%5%18%的恶性肿瘤可被放射治疗治愈综合治疗手术放疗化疗放射治疗在肿瘤治疗的地位52%-70%的患者需要接受放疗613、放射治疗禁忌证严重贫血、恶液质，严重肿瘤合并症伴严重肺结核、心脏病、肾病或其它威胁生命的疾病，放疗有可能加剧病情甚至导致生命危险接受过放疗的组织器官出现放射损伤4、放射反应及处理放射反应：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、粘膜反应表现全身反应：头晕、头痛、失眠、嗜睡、食欲下降、恶心呕吐、白细胞↓、血小板↓局部反应：照射区域内皮肤、粘膜、小血管发生的反应，如脑水肿、喉头水肿、皮肤损伤（红斑、色素沉着、脱屑、溃疡、出血）、口腔粘膜损伤（红斑、白膜、溃疡、出血）影响因素剂量、照射体积、照射部位、患者全身情况、个体差异644、放射反应及处理放射性损伤：是指射线作用引起组织器官不可逆永久损伤，应尽力避免脑、脊髓坏死颅神经损伤骨坏死皮肤溃疡黏膜穿孔655、放疗在综合治疗的应用肿瘤放射敏感性的差异局部晚期肿瘤发生远处转移的风险高正常组织器官耐受剂量的限制及功能保留66放疗与手术综合术前放疗缩小肿瘤浸润范围，减少癌性粘连，提高切除率减少术野内有活力的肿瘤细胞，降低肿瘤种植机会闭塞瘤床血管、淋巴管，减少复发及远处转移的机会术中放疗术中切除大体肿瘤后暴露瘤床，在直视下对准瘤床行一次性大剂量照射优点：有效避免临近耐受量不高的肠管受损伤缺点：单次给予，总量受限制，机房需严格消毒术后放疗消灭手术野或区域淋巴结的残留灶或亚临床灶，减少局部复发67放疗与化疗综合目的降低远处转移发生率加强局部控制综合方式诱导化疗（新辅助化疗）：鼻咽癌同期化疗：鼻咽癌、食管癌、直肠癌术前辅助化疗：乳腺癌、脑瘤68手术、放射和化疗综合治疗已证明某些肿瘤综合三种方法治疗的疗效比综合两种方法好，如：直肠癌（II、III期）脑髓母细胞瘤脑胶质母细胞瘤精原细胞瘤肾母细胞瘤乳腺癌第4节

肿瘤放射治疗的新进展肿瘤放射治疗的新进展放射物理放射生物生物调强放射治疗基因修饰放射敏感性综合治疗一维时代二维时代放疗技术进展体表画线不能精确定位体内的肿瘤位置及形状以X线成像为基础的二维定位方法不能精确确定CT/MR所检测的病灶范围三维时代三维适形放射治疗利用CT图像重建三维的肿瘤结构，通过在不同方向设置一系列不同的照射野，并采用与病灶形状一致的适形挡铅，使得高剂量区的分布形状在三维方向上与靶区形状一致，同时使得病灶周围正常组织的受量降低XIMRT：更符合剂量学原则（三高一低）高精度：高精度定摆位，高精度适形，高精度治疗；高剂量：肿瘤剂量高于传统放疗，肿瘤控制率提高。高疗效：五年生存率可望提高。低损伤：正常组织受照剂量明显降低，正常组织并发症概率明显降低3846546270Gy容积旋转调强放射治疗

(DynamicIntensityModulatedAreTherapy,VMAT)机架连续转动叶片连续变动剂量率变动本质上是调强放疗的一种，不同之处在于出束过程中机架在旋转，MLC在运动，剂量率在变化，机架旋转一定角度为一个照射野，通常治疗一次机架旋转一周或两周，75影像引导放射治疗

(ImageGuideRadiationTherapy,IGRT)将治疗及与影像设备结合在一起，每天治疗时采集有关的影像学信息，确定治疗靶区。配准前自动配准手动配准77四维适形放射治疗（4D-CRT）GrossTargetVolumeClinicalTargetVolumePlanningTargetVolume

脊髓食道运动伪影固定影像运动影像4DCT定位常规CT4D-CT自适应性放射治疗

（AdaptiveRadiotherapy,ART）螺旋断层放射治疗系统（TOMO）Tomotherapy85cm1.6m40cmTomotherapy特点轴向螺旋切层治疗优化空间大（360°）适形度高缺陷MU高治疗时间略长（6－30min）技术复杂需专用加速器Tomotherapy的剂量适形度用Tomotherapy做环状野的图示左图：旋转投照5个beam后的剂量分布右图：旋转投照51个beam后的剂量分布前列腺癌放疗的剂量分布对比左图：基于常规加速器的5个野的IMRT剂量分布效果右图：使用Tomotherapy后的剂量分布Tomotherapy-全中枢照射bonemarrowkidneylt.eyert.eyeTumorConstraints

SensitiveStructure

GTV立体定向放射治疗（StereotacticBodyRadiationTherapy，SBRT）以圆形小野作非共面、多弧度、等中心旋转照射，实现多个小野集束分次照射靶区立体定向放疗采用χ射线所完成的SRT简称χ刀（头/体），采用γ射线所完成的SRT简称γ刀（头/体）。简称有SRS、SRT、SBRT、SABR。其靶区剂量分布特点：高剂量分布相对集中边缘等剂量线以外剂量锐减立体定向放疗-常见设备Gammaknifeχ-rayknife加速器多野聚焦多线束旋转聚焦立体定向放疗-常见设备Gammaknifeχ-rayknife加速器多野聚焦多线束旋转聚焦创新的陀螺旋转聚焦（2次动态聚焦+1次静态聚焦）优异的陀螺峰更小的半影弹子填充适形调强陀螺刀-主要特点互动式机器人技术。持续反馈能力。自动化系统。机械臂技术6轴关节转动100个节点1200条射线束6MVχ线直线加速器放射外科治疗系统。无头架、影像引导、自动摆位。实时影像追踪、验证、修正照射靶区体位/肿瘤移动。红光同步呼吸追踪系统。投照系统。影像引导系统。射波刀-特