肿瘤放射治疗概述

孟想成真

注：本文由《肿瘤好医生（APP）》整理编辑，所涉及的内容专业性较强，没有相关背景知识，阅读可能具有一定的难度；文中部分内容整理自网络，如果存在信息过时或错误，请留言指出，谢谢！

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1、 放射治疗到底是什么？
1.1 概述
肿瘤放射治疗，简称放疗，就是用放射线治疗癌症。
放疗已经经历了一个多世纪的发展历史。在伦琴（下图这位）发现X线、居里夫人发现镭之后，很快就分别用于临床治疗恶性肿瘤，直到目前放射治疗仍是恶性肿瘤重要的局部治疗方法。

目前，大约70%的癌症病人在治疗癌症的过程中需要用放射治疗，约有40%的癌症可以用放疗根治。放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突出。

1.2 放射治疗的原理

肿瘤放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法。它利用放射线如放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其它粒子束等来治疗恶性肿瘤。
放射线是有一束粒子或者携带能量的波。它可以毁坏基因（DNA）和细胞中的一些分子。基因控制着细胞的生长和分化。辐射损伤了癌细胞的基因，所以它无法再生长和分化。也就是说，辐射可以用来杀死癌细胞，缩小肿瘤组织。
为了更好地了解辐射用于治疗的机制，先了解正常细胞的生长周期会很有帮助。细胞周期经历五个阶段，其中一个是分裂期。当一个细胞分裂为两个细胞，我们称其为有丝分裂。

图中，G0 = 细胞休眠
G1 = 制造 RNA 和蛋白质
S = 合成 DNA
G2 = 建立有丝分裂装置
M = 有丝分裂( 1个细胞分裂成 2 个细胞)
① G0 阶段（休眠期）：细胞尚未开始分裂。大多数细胞都生活在这个阶段。根据细胞的类型，这一步可以持续数小时，甚至许多年。当细胞得到复制信号，它就进入 G1 阶段。
② G1 阶段：在这一阶段，细胞开始制造更多的蛋白质来准备分裂。合成核糖核酸（RNA），这个阶段持续约 18 到 30小时。
③ S 阶段:：染色体包含遗传密码（DNA）复制，这个阶段持续大约 18 到 20 小时。
④ G2 阶段：G2 期开始，1 个细胞分裂成 2 个细胞。这个阶段持续大约 2 到 10 个小时。
⑤ M 阶段（有丝分裂）：这个阶段仅持续 30 到 60 分钟，细胞分裂成两个新的完全相同的细胞。
细胞周期阶段对癌症的治疗很重要。辐射通常会首先杀死那些活跃的、快速分裂的细胞。对于处在休眠期或缓慢分裂中的细胞，速度就没那么快了。辐射的类型和剂量、细胞的生长速度，都会决定细胞能否被杀死和被杀死的速度。“辐射敏感度”就是用来描述细胞能被辐射杀死的可能性。
癌细胞常常分裂的很快，而且生长失去控制。放疗可以杀死正在分裂的癌细胞，但是也会影响正在分裂的健康组织。对正常细胞的损伤，就带来了有害的副作用。每次进行放射治疗时，都要权衡利弊，在有效杀伤癌细胞的同时，要尽量减小对正常细胞的伤害。
放疗不是总能立即杀死癌细胞或正常细胞。可能在治疗后的几天甚至几周后，细胞才开始凋亡，可能在治疗结束后的几个月，细胞才会相继死去。那些生长迅速的组织，通常起效很快，比如皮肤、骨髓、肠道内膜。相反的，神经、乳腺、骨组织的效果就会慢一些。因此，放疗的副作用可能会在治疗结束很久以后才显现出来。
过去，人们认为由于放疗对治疗区域正常细胞的损伤，已经进行过放疗的部位，不能够再次放疗。但也有研究建议，对一些患者是可以进行二次放疗的。
2、放射治疗的分类
2.1 按照放射治疗的出发点不同
放疗可分为根治性放疗、辅助性放疗和姑息性放疗几种。
根治性放疗剂量较大，照射较彻底，适用于较早期及部分晚期患者，以消灭原发灶、手术后可能的残余灶以及某些转移灶。
辅助性放疗又可以分为：术前放疗和术后放疗。
术前放疗：因肿瘤较大或与周围脏器粘连无法手术，术前先放疗一部分剂量，缩小肿瘤利于手术。一般需要3-4周时间完成，放疗后休息3-6周再手术。此放疗后休息是为了正常组织修复放疗反应，同时使肿瘤进一步退缩利于手术切除。在放疗和休息期间癌细胞在逐渐死亡，不要担忧因手术推迟癌细胞是否会生长。
术后放疗：因肿瘤生长在特殊部位、或与周围脏器粘连无法完全切除，这些残留肿瘤术后会复发和转移，所以术后应该放疗消灭残存癌细胞。放疗时间根据残存肿瘤多少而定。如果残存肿瘤较多，肉眼就能看到有肿瘤残留，几乎需要与根治性放疗同样的时间和剂量。如果残存肿瘤较少，只有在显微镜下看到有癌细胞残留，一般需要根治性放疗剂量的2/3剂量即可，即4-5周时间。
姑息性放疗适用于晚期患者，多属权宜之计。根据耐受情况给予剂量，以达改善症状，减轻痛苦、延长生命之效。个别也可达到根治的效果。医生根据肿瘤的性质、部位、病期和全身状况定出总剂量。将总剂量分配为20～30次，在4—6周内照完。经过准确定位，在体表画好标记，透过体表，向肿瘤部位照射。因此体表所画的框框等定位标记，切勿自行擦洗掉。
2.2 按照放射治疗技术的不同
（1）常规放射治疗
这种方法使用单一的放射线对肿瘤实行治疗。它可以是集中治疗某个部位，也可以对身体的较大部位进行治疗。举例来说，在实施骨髓移植手术之前，医生会对病人实行全身放射治疗。对于已经转移到脑的癌症来说，对整个脑部实施放射疗法也是十分必要的。
常规放疗技术也较为简单，照射野少，固定束治疗多，计算简单。当肿瘤靶区剂量达到致死剂量时，对射线入射路径上的正常人体组织和器官的损伤较大。
（2）立体定位放射治疗（SBRT）
立体定向放射治疗是基于三维影像、立体定向定位技术和立体定向治疗计划系统的放射治疗技术，是由立体定向放射外科（Stereotactic Radio Surgery，SRS）发展而来的。立体定向放射外科是放射神经外科方法，用于治疗功能性神经疾病及颅内动静脉畸形等。
（3）三维适形放射治疗（3DCRT）
随着计算机和医学数字图像技术的发展（如CT、MRI），可以准确勾画肿瘤形状，使用3D三TPS和3D适形设备使剂量分布和靶区形状一致，设计非共面不规则野进行分次照射，野界面形状由多页准直器（MLC）调节，使与束流方向观（BEV）上肿瘤靶区轮廓相符合，能直观射线束对肿瘤的包裹和避开重要器官，便可以使靶区边缘剂量提高，总体提高靶区剂量，从而提高肿瘤局部控制率，采用3D TPS可以得到精度在2%-3%范围的精确计划，实现肿瘤的精确治疗。

（4）调强放射治疗（IMRT）
3DCRT仅做到了射野方向的剂量分布与靶区界面形状一致，但临床要求更希望使高剂量区的剂量分布在三维方向上与靶区体积一致，且靶区内任一点的剂量与处方剂量相等，这就要求治疗设备能使用束流调控方式，控制X射线的强度和方向，或使用动态多叶准直器在固定野和旋转运动中实现调强，同时使靶区以外的组织剂量和受照体积减小到最小。基于容积成像技术（CT、MRI）、三维计划和图像显示技术、加速器束流控制技术的发展进步，应运而生了满足临床需要的调强三维适形放射治疗。
（5）图像引导放射治疗（IGRT）
临床肿瘤治疗为追求病灶靶区的更加精确，对呼吸造成的靶区空间位置移动提出了新的控制要求。在一个疗程或一段治疗时间内的治疗过程中，肿瘤大小和位置也会发生变化，图像引导可对呼吸、位置、肿瘤大小的变化实现自动检测、验证和调整，即图像引导放疗。
IGRT的主要技术特点是将kV级或MV级的X射线产生、图像实时获取及其处理技术的与直线加速器集成一体，即在常规加速器上增加Cone Beam CT（CBCT）的方法实现IGRT技术。肿瘤治疗时，用kV级或MV级X线绕患者肿瘤位置旋转一周，在高分率的探测器上获得病灶图像，同时进行误差分析，然后再由加速器实时修正治疗参数进行治疗。

（6）容积弧形调强放射治疗（VMAT/RapidArc）
VMAT是在IGRT基础上成功研发，集新型高精尖加速器与逆向优化治疗计划设计软件、精密三维和二维的剂量验证设备于一身。该项技术可满足全身各部位肿瘤治疗的需要，更适合早期癌症的治疗。
VMAT具有"快、准、优"的特点。在时间方面,传统放射治疗过程需15-30分钟,而该技术将整个治疗过程缩短至2-6分钟；在准确程度上，该技术可在360度多弧设定的任何角度范围内旋转照射，比传统治疗方式照射范围更大。同时，该技术还能调整控制放射线在肿瘤上的强度，每次治疗时可立即取得三维电脑断层扫瞄影像并做精准治疗定位；此外，VMAT治疗技术不仅让放射线随着肿瘤厚度调弱、增强，还能考虑肿瘤体积各部位的厚薄不同，来给予最适合的放射线强度，同时闪开在肿瘤中间或凹陷处的如眼球、脊髓等重要人体器官，增加肿瘤控制率,降低正常组织并发症的机率，减少治疗后的副作用。  
VMAT治疗技术在放射治疗前、放射治疗中能实时对肿瘤及肿瘤周围正常器官进行CT扫描监控,根据肿瘤及器官位置的变化、肿瘤的厚度、体积等调整治疗条件,使放射线紧紧跟踪肿瘤进行精准治疗。此外,该项技术还能随时对肿瘤放射剂量的精度进行调整,克服呼吸运动、器官蠕动及日常摆位误差，人体重要器官和组织能得到更好的保护。
（7）质子放射疗法
质子放射疗法和三维疗法类似，只是后者使用的是X射线而前者使用的却是质子射线。质子是原子的一部分，它能通过健康组织（对其造成极小的损害），最后再杀死癌细胞。

3、医院是如何进行放射治疗的？
3.1 科室设置
目前在医院的设置中，放疗都在放疗科中进行（少数医院可能放疗只是肿瘤科中的一个组成部分而已）。
放疗科一般由临床治疗、放射物理、放射生物及工程技术几个部分组成；所以放疗科人员分为以下几种：放疗科主任、放疗医生、物理师、技师、工程师、护士。科室组成一般由以下几个组成：医生办公室、物理室（计划室/TPS室）、治疗机房（加速器室）、模拟机室、CT定位室、后装治疗室等。
3.2放射治疗的的一般的流程
放射治疗一般由以下几个主要流程组成：
登记 -->诊断检查  --> CT定位 -->器官（靶区）勾画 -->计划设计（和计划评估）-->计划验证和确认 -->治疗（多次）-->出院 -->随访。
其中，几个关键的步骤是：
1、 诊断检查
检查主要是确诊肿瘤，肿瘤早期多数无特殊症状和体征，尤其是内脏的恶性肿瘤，早期诊断十分困难。随着分子生物学、细胞生物学、肿瘤免疫学及肿瘤系列化研究的飞速发展，肿瘤的实验室诊断有了长足的进步，尤其是杂交瘤技术研究的成功和单克隆抗体工程的崛起，对肿瘤的早期诊断和疗效判断提供了更多的参考指标。常规实验检查虽然不能诊断肿瘤，但是对于鉴别诊断和决定肿瘤治疗方案是不能缺少的，这些方法有：（1）血、尿、粪常规检查；（2）痰液检查；（3）胸、腹水检查；（4）胃及十二指肠液检查；（5）生化检查；（6）肿瘤标记物用化学或免疫学方法检查。
这里不对这些常规方法做深入解释，需要提出的是，影像检查都是在这个阶段进行的，比如CT/MRI/PET-CT等。
（1）普通X线检查：胸部X线透视和拍片，方法简便，容易发现肺部肿块，是肺癌诊断不可缺少的基本检查。骨骼、鼻咽和鼻窦的肿瘤诊断也需x线检查参考。消化道肿瘤需做胃肠钡剂照影x线检查。泌尿道和胆道造影有助于泌尿系肿瘤和胆道肿瘤的诊断。乳腺肿瘤的早期诊断也离不开x线检查。此外，各部位的血管造影也要行x线检查。
（2）B型超声检查：能显示人体软组织的形态及活动状态，而且对人体无损伤、无痛苦、价格低廉、操作简便，是肿瘤初筛首选的诊断方法，尤其对肝、胰、胆囊、甲状腺和泌尿生殖系肿瘤颇有诊断价值。

（3）放射性核素检查：临床上常用的放射性核素有P-32、I-131、Au-198、In-113、Tc-99、Ga-67等，如用Au-198诊断肝癌，可在病灶部位显示出充盈缺损区或占位性病变；用Ga-67诊断肺癌，可在病灶处见到浓集的放射性“热区”。但核素检查并非是肿瘤唯一的特异型诊断，因为肝囊肿、肝脓肿也可以出现占位性病变，肺部炎症也可显示出放射性浓集的“热区”。因此，必须与临床其他检查配合，全面分析才能做出正确诊断。现在常用Tc-99做全身骨显像检查，能早期发现骨转移和原发性骨肿瘤。
（4）CT：解剖影像空间分辨率和对比分辨率高，横断面断层可避免影像的重叠，能够发现早期较小的肿瘤，特别是能够直接显示腹部实质脏器的解剖结构，例如胰腺癌临床诊断十分困难.有了CT之后，诊断率可大大提高。

（5）MRI：较CT的组织分辨率高，又能像核素检查那样进行机体生物化学代谢过程的监测，而且不需要造影剂即可观测血管甚至血流速度和方向。MRI对中枢神经系统、头颈部肿瘤、脊椎、四肢、骨关节及盆腔的肿瘤诊断效果更佳。对腹部如肝内占位病变的定性诊断，鉴别肿瘤的良、恶性优于CT和B超：MRI对区分肺门肿块与血管或淋巴结效果最佳，对肺癌侵犯纵隔、大血管和胸壁的诊断有价值，MR血管成像(MRA)是近年来新开发的技术，能够立体三维显示颅内血管和肺动咏系统。

（6）PET：是目前核医学最高档次的显像技术。临床检查主要用于肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等领域。由于癌组织大量摄取F-FDG(氟脱氧葡萄糖)，因此PET可以早期、准确地诊断肿瘤，并能准确分期，诊断准确率高于现行其他技术。一般PET和CT是一起做的，叫PET-CT。输出的图像是PET和CT的融合图像。

2、 定位
（1）扫描摆位。这是获得精确放疗结果的第一步。在平面 CT 床上，将病人按放疗时要求的体位进行摆位，根据病人情况和部位进行体位固定。在立体定向放疗和要求获得高精度的放疗时，必须进行体位重复性高的体位固定。目前常用的体位固定器按精度顺序：头部依次为有创头架，无创头架，面网，真空枕等，体部依次为固定板，固定网，真空垫和体架等。
（2）画摆位线标记。在体位固定完成后，通过CT 两侧的激光十字线在体侧中线附近皮肤上标记水平线，通过顶篷的激光十字线在体正中皮肤标记垂直线。体位标记线尽量画在靠近肿瘤区域。体位标记线是为了使病人体位在 CT 定位扫描和放疗时均保持一致，是提高放疗摆位和重复摆位精度的重要标记。在用固定板，真空枕或固定网进行体位固定时，需将激光定位十字线在皮肤的相应部位暴露出来，必须把激光定位线画在皮肤上，切不可画在体位固定器表面。
（3）CT扫描。按治疗计划的要求对相应部位进行 CT 扫描，最好采用增强扫描，扫描范围应比常规 CT 检查范围大，特别在立体定向放疗时，靶区上下两端的范围更需大一些，一般扫描层次要求 40 层以上，肿瘤区域层厚最好为2~5mm (具体根据肿瘤大小和定位精度要求而定)。为了获得较大的扫描范围又不至于使层次太多，可采用混合扫描技术，即病灶区层厚 2~5mm，以外区域逐步过渡为 5~10mm。扫描结束后，通过 CT 网络(Network)直接传送所有 CT 图像到治疗计划的工作站。

3、 靶区勾画
利用所有 CT 层面自动勾画体表外形，建立立体三维体表轮廓。然后逐层勾画靶区周围剂量限制性器官的轮廓。在立体定向放疗时，要求尽量勾画肿瘤周围重要脏器及射线可能涉及的重要器官的轮廓。靶区轮廓勾画是能否实现精确放疗的关键。因此不但要求有高质量的图像显示，还要求有高水平的肿瘤诊疗医生配合，根据肿瘤大小和形状在相应的各 CT 层面上勾画靶区轮廓。在肿瘤轮廓显现不清时，应在增强扫描图像或 CT/MRI 融合图像上进行轮廓勾画。靶区的勾画可在TPS上进行，也可在第三方勾画软件上进行。

4、 计划设计
肿瘤医生和物理师根据肿瘤和周围重要脏器之间在三维空间的相互关系设计合理的照射野。在 BEV 显示窗口调整射野大小。在设计立体多野计划时，尽量采用非共面多野照射。设计照射野的原则是使放射剂量高度集中在靶区，而使周围正常重要器官的照射量控制在剂量限制范围以内。
目前最常见的几大TPS（治疗计划系统）厂商是：飞利浦的Pinnacle、瓦里安的Eclipse和医科达的Monaco，近几年国内也有几家在做TPS，而且也做得挺不错的。

5、 计划评估
物理师按照临床医师的要求利用TPS计划系统设计射野及布野，设计完成后与临床医师反复讨论评估，利用DVH曲线和剂量曲线图等工具评价计 划优劣，最终确定最优的放疗计划。评估优化的目标是在保证肿瘤获得足够放疗剂量的同时，尽可能控制重要器官组织的照射剂量不超过其耐受剂量，从而保护重要器官组织的功能和患者生活质量。
一般计划评估在作完计划之后，在TPS系统上进行；当然可以在第三方系统中进行，如下图为深圳医诺（Yino）推出的高级计划评估系统APE。

6、 放疗计划验证

放射疗计划执行之前，应进行放疗中心位置验证、射野验证和剂量验证。放疗中心位置验证是依照计划系统给出的肿瘤中心位置，找出对应的体表标志作为放疗摆位时的依据。射野验证是指在确定放疗中心位置后，利用模拟机拍摄X光片，或在直线加速器下使用电子射野验证系统进行拍摄验证片，核对中心位置、每个照射野形状、入射角和射野大小等是否正确，可将误差降到最低。剂量验证是由物理师通过人体仿真体模，核实体内所接受的射线照射剂量与计划系统所设计的照射剂量是否一致。
7、 进行治疗
真正到了放射治疗这一步，只需要将治疗计划发送到治疗机，并按照设计的计划进行治疗即可，这一步要求治疗技师的参与。而对于计划系统，一般情况都是一类治疗机对应都有自己的TPS（计划系统），而且从安全角度一般也不敢让治疗机接其他厂商的TPS系统。
另外一般的治疗都是分次进行的，如，每周5次，总共30次；有些还是治疗间隔，如，每周3次，隔一天做一次等等。
治疗类型，参见上一节内容。
8、 院后随访
随访是指医院或医疗保健机构对曾在医院就诊的病人以通讯或其他的方式，进行定期了解患者病情的变化和指导患者的康复的一种观察方法。随访往往从患者出院以后不久开始，一般每3个月至1年一次，视不同疾病的病期和治疗方法而定。在近期随访中，医生主要观察病人治疗的效果及某些反应，并根据随访的情况和复查结果来调整用药；远期随访可获得某一治疗方案的长期效果、远期并发症及生存时间，有利于筛选出更有效的治疗方法，并可建立资料档案，掌握某一疾病的发展规律，有助于医学科学的发展。
随访的流程，每个医院稍有不同，但大体一致。下图为广州某医院的随访工作流程：

4、放射效果如何？
放射治疗的疗效取决于放射敏感性，不同组织器官以及各种肿瘤组织在受到照射后出现变化的反应程度各不相同。放射敏感性与肿瘤细胞的增殖周期和病理分级有关，即增殖活跃的细胞比不增殖的细胞敏感，细胞分化程度越高放射敏感性越低，反之愈高。此外，肿瘤细胞的氧含量直接影响放射敏感性，例如早期肿瘤体积小，血运好，乏氧细胞少时疗效好，晚期肿瘤体积大，瘤内血运差，甚至中心有坏死，则放射敏感性低；生长在局部的鳞癌，较在臀部和四肢的肿瘤血运好，敏感性高；肿瘤局部合并感染，血运差（乏氧细胞多），放射敏感性下降。因此，保持照射部位清洁，预防感染、坏死，是提高放疗敏感性的重要条件。临床上根据对不同剂量的反应，将放射线对肿瘤的敏感性分为：
（1）放射高度敏感肿瘤
指照射20～40Gy肿瘤消失，如：淋巴类肿瘤、精原细胞瘤、肾母细胞瘤等；
（2）放射中度敏感肿瘤
需照射60～65Gy肿瘤消失，如：大多数鳞癌、脑瘤、乳腺癌等；
（3）放射低度敏感肿瘤
指照射70Gy以上肿瘤才消失，如：大多数腺癌，肿瘤的放射敏感性与细胞的分化程度有关，分化程度越高，放射敏感性越低；
（4）放射不敏感（抗拒）的肿瘤
如：纤维肉瘤、骨肉瘤、黑色素瘤等。但一些低（差）分化肿瘤如骨的网状细胞肉瘤、尤文肉瘤、纤维肉瘤腹膜后和腘窝脂肪肉瘤等，仍可考虑放射治疗。
5、放疗的优缺点
5.1、放射治疗的优点                    
①许多肿瘤患者通过放疗得到治愈，获得长期生存，如早期鼻咽癌、淋巴瘤和皮肤癌等；②有些患者的放疗疗效甚至同手术疗效一样好，如早期宫颈癌、声带癌、皮肤癌、舌癌、食管癌和前列腺癌等，而患者的说话、发音、咀嚼、进食和排便等功能完好，外观也保存完好；早期乳腺癌通过小手术大放疗后，不仅存活时间同根治术，而且乳腺外观保存基本完好，为世界各国女性乳癌患者所接受；
③有些肿瘤患者开始不能进行手术治疗或切除困难，但经术前放疗后，多数患者肿瘤缩小，术中肿瘤播散机会减少，切除率提高，术后生存率提高，如头颈部中晚期癌，较晚期的食管癌、乳腺癌和直肠癌等；
④也有些患者需术后放疗，既消灭残存病灶、又提高局部控制率和存活率，如肺癌、食管癌、直肠癌、乳腺癌、软组织肉瘤、头颈部癌和脑瘤等；
⑤还有些肿瘤病人由于体质差或有合并症不能手术，或不愿手术者，单纯放疗效果也不错；
⑥对于那些病期较晚，或癌瘤引起的骨痛、呼吸困难、颅内压增高、上腔静脉压破和癌性出血等，放疗往往能很好地减轻症状，并达到延长生命的目的；
⑦近年来，由于放疗设备的不断改进，治疗计划系统已由二维发展为三维计划，如γ或 X-刀的应用使肿瘤得到更高剂量的杀灭，而周围正常组织的受量大大降低；对肿瘤得到更精确照射的适形放疗在不久的将来也一定会得到广大肿瘤患者的欢迎
5.2、放射治疗的缺点
①放射治疗设备昂贵，治疗费用较高；
②放射治疗工作人员要求全面和熟练，包括合格的放射治疗医生、放射物理、放射生物和熟练的放射技术人员；
③放射治疗周期长，一般需 1～2 个月；
④放射并发症较多，甚至引起部分功能丧失；
⑤有些肿瘤，尤其是晚期肿瘤患者，单纯放射治疗效果并不好。

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