放射治疗基础知识

Good

最近重新学习，重新构建基础知识，学习放射治疗，学习加速器，学习TPS，从0开始。
只是，我要是有时间，集中精力学习就好了。
看了一些资料，听了高人的一些讲解，我把自己最近1天学到的东西，做一个整理，方便自己查阅。看看我一年以后，放疗知识、加速器知识的储备如何。


一.专业术语
ARPC（American Radiation Physics Committee）：美国放射物理委员会
ART（Adaptive Radiotherapy）：自适应放射治疗
BEV（Beam Eyes View）：射束方向观
CBCT（Cone Beam CT）：锥形束CT
CTV（Clinical Target Volume）：临床靶区
GTV（Gross Tumor Volume）：大体肿瘤区
PTV（Planning Target Volume）：计划靶区
OAR（Organ at Risk）：危机器官
IGRT（Imaging Guided Radiotherapy）：影像引导放射治疗
IMRT（Intensity-modulated Radiation Therapy）：（逆向）调强放射治疗
VMAT（Volumetric-modulated Arc Therapy）：容积调强放疗
QA（Quality Assurance）：质控
SBRT（Stereotactic Body Radiation Therapy）：立体定向体部放疗
3D-CRT（3D Comformal Radiotherapy）：三维适形放疗
WBRT（Whole Brain Radiation Therapy）：全脑放疗


二.放射治疗生物学基础
放射治疗是主要的治疗肿瘤性疾病的一种方法（另外两种方法是外科手术治疗和内科的化学药物治疗）。
肿瘤组织的细胞在致瘤因素的作用下，失去对其生长的正常调控，导致异常增生。细胞周期失控，不受正常的生长调控系统的控制，能够永久的（持续的）分裂和增殖。导致其体积不断的变大，压迫正常组织。并且其具有迁移性，可以通过直接蔓延、淋巴道转移、血道转移及种植传播等形式进行扩散和全身转移。

图1：放射治疗的生物学原理



射线（X线，γ线）等光子线可以对细胞造成不同类型的损伤。主要包括：
可以破坏细胞的DNA分子，打断其双螺旋结构链。如果细胞DNA的一条DNA链被打断了，其有可能进行修复；如果细胞的DNA两条链都被打断了，则细胞丧失分裂增殖能力，细胞必死。
细胞周期分为分裂间期和分裂期。细胞进行增殖分裂的时候，也就是分裂期而细胞在不分裂的时候，是处于分裂间期。间期是细胞合成DNA、RNA、蛋白质及各种酶的时期，为下一步细胞分裂做准备。
我们在使用X线对肿瘤细胞进行损伤的时候，也可能损伤到正常的组织细胞。这个时候，如果我们一次给予大剂量的射线照射，在肿瘤细胞受到伤害的时候，正常组织也有可能受到伤害。因为给予的射线剂量并不可能非常完美的只“打”靶心的肿瘤组织，而不伤及肿瘤周围的正常组织。

图2：射线剂量组织分布

放射治疗的目的就是采用X射线等，对肿瘤组织进行最大程度的杀伤，同时最大程度的避免正常组织受到伤害。
听起来简单，但是刀枪无眼，就跟子弹一样，打出去，子弹自己不会区分射向的是好人还是坏人。
所以，这里就需要我们对放射治疗进行计划和分次。

图3：放射治疗原则，最大程度杀伤肿瘤组织，保护正常组织



一次给的剂量不能过大，这样的话虽然对肿瘤组织杀伤威力大，但是同时也可能导致肿瘤组织周围的正常组织受到比较大的伤害。
这样要求，照射野尽量适应肿瘤组织的形状，保证肿瘤组织之外的正常组织少受照射。
通过精准的计算，控制每次照射的剂量及分次照射，可以保证在连续的杀伤肿瘤组织的情况下，保证正常组织能够得到恢复。
一次照射之后，如果肿瘤组织还没有完全被杀死，那么在两次照射之间，肿瘤组织会进行恢复。同理，对于正常组织也是一样，一次照射，不可能完全不伤及正常组织，正常组织也需要时间恢复。
这就看，正常组织和肿瘤组织到底谁更耐受。如果肿瘤组织比较小，周围的正常组织不多，也没有太多危机器官。那么我们可以一次给予大剂量照射，直接把肿瘤组织伤死，虽然周围的正常组织也会受到打击。但是，这个打击，我们认为病人身体是扛得住的，是可以承受的，那么就可以。
如果肿瘤组织比较大，周围的正常组织比较多，邻近的重要器官（危机器官）也比较近。这个时候，如果一次给予大剂量杀伤肿瘤组织，那么周围比较近的邻近组织也会被打击。这个时候，有可能肿瘤确实杀死了，但是重要的正常组织也差不多被打得要死了，这就是杀敌一千，自损八百。这个时候，可能这种结果是我们不能承受的，这个时候我们就需要考虑其他方案。


三.Does and Franctionation
在一个完整的治疗过程中，我们为了避免单次大剂量射线照射对于肿瘤组织同时对于正常组织的伤害，需要把一个治疗过程分成很多次，这种行为叫做Franctionation。
分为多少次，一共给予多少剂量（Does）的照射，这个是根据不同组织的吸收剂量（Absorbed Does）决定的。
吸收剂量是电离辐射给予单位质量物体能量，单位一般为（J/kg），焦耳每千克，或者用Gray（Gy）戈瑞表示。1J/kg=1Gy。

图4：不同剂量

研究表明，每次治疗Franction给予肿瘤组织2Gy的照射剂量是非常理想的。
一般来说，一个完整的治疗，放疗科医生希望肿瘤靶区接受的照射剂量是6000cGy。单次照射给予肿瘤组织剂量是2Gy，那么就需要进行30次治疗。


四.放射治疗科

和其他的医学科室一样，放射治疗科或者肿瘤科一般由放疗医师、放射治疗师（类似于放射科的技师）、护士和物理师组成。

其中，物理师是一个比较特殊的职位，其他科室都没有这个职位。物理师对于放射治疗至关重要，也可以说是放疗科的灵魂人物。
当然，有的医院把医学物理师进行了细分，又分为了剂量师和物理师。
有些医院又把技师细分为操作加速器的治疗师和操作模拟定位机的技师。
放疗医生针对病人的肿瘤，进行诊断。在模拟定位图上（一般是CT图）进行靶区的勾划及危机器官的勾划。然后进行治疗计划的确定，开具处方。将治疗需要达到的要求（靶区的剂量）传给物理师。
物理师负责在TPS（Treatment Planning System）治疗计划系统上对治疗进行计划，并且对剂量进行运算，还会验证计划，最后来实现放疗科医生的要求。


五.放射治疗
放射治疗根据目的的不同可以分为：根治性放疗、姑息性放疗、预防性放疗及非恶性疾病的放疗。
根治性放疗在于治愈疾病，将恶性肿瘤尽可能的缩小及控制，达到延长患者生存期的目的。
姑息性放疗主要在于缓解患者的症状，如疼痛。提高患者的生活质量。

图5：放射治疗类型

根据治疗的方式，放射治疗可以分为：
External beam radiation therapy（外照射）；
Internal radiation therapy（内照射）：包括后装治疗；
Systemic radiation therapy（全身放疗）。
外照射又叫体外远距离照射，是目前放疗最常用的一种治疗方式。该方式主要是放射源位于体外一定距离，集中照射人体的某一靶区（肿瘤组织）。目前常用的加速器治疗都是这种形式。
内照射又包括近距离照射和后装治疗。近距离照射是将放射源密封后通过人体的天然管道（腔隙）直接放入（植入）需要治疗的组织及靶目标内。常用的粒子植入及后装治疗则是这种方式。


六.外照射方式
传统的外照射方式包括：2D放疗、3D-CRT（三维适形放疗）、IMRT、VMAT、IORT、SRS、SBRT、IGRT等。

图6：IMRT和VMAT的区别

笔者今天听高人讲加速器及放疗治疗，终于知道IMRT和VMAT的区别了。
IMRT也就是逆向调强放疗，治疗过程中，加速器机架旋转到不同角度，产生不同的射野。当加速器机架旋转到某一个角度的时候（一个射野）这个时候出束进行治疗；然后完成这个射野照射以后，停止出束，再旋转到另一个角度（另外一个射野），进行照射（出束）治疗，.....
而VMAT则是，加速器机架在旋转过程中可以持续的出束照射，不用等走到了射野角度再开启照。
对于VMAT目前主流的三家TPS计划系统都能进行运算。飞利浦的Pinnacle该功能叫做SmartArc；医科达Elekta的Monaco就叫做VMAT；瓦里安Varain的Eclipse则叫做RapidArc。
SRS和SBRT笔者也在磁共振模拟定位下做过该模拟扫描。
前文链接：磁共振放疗定位（MR-RT or MR sim）在SRS和SBRT中的应用


七.治疗设备——加速器

实现放射治疗的设备主要是指医用直线加速器，简称加速器。

比较遥远的治疗设备首先是钴-60治疗机。

图7：钴-60远距离治疗机

钴-60治疗机主要是利用机头的放射性钴源发出射线进行治疗。该设备需要定期更新装填钴源（放射源）。目前很少医院使用该设备了，因为钴-60的能量比较低，对于深部肿瘤的治疗比较困难。
医用直线加速器，也就是加速器是最常用的放射治疗设备。

图8：加速器图示，圆形的头就是机头，可以进行旋转

图9：多叶光栅MLC示意图，可以调节出束的形状

图10：CBCT出锥形束的地方，前准直器

笔者前面看了一些加速器的介绍，没有深入学习，今天到场地上一看，果然，看书不如实践。

图11：加速器产生X线的原理

加速器中X线是如何产生的呢？这个和X线及CT原理有点类似。就是高速运动的电子轰击阴极靶面产生X线。电子是如何加速的，是通过加速系统的电子枪，在高压电压的情况下，进行加速，在飞行管内完成加速过程然后轰击靶面产生X线。

伽马刀由于内容有限就不介绍了，留着下次写。
具体结果还很复杂，笔者初学好多东西还不懂，能力有限就不介绍了。
目前更高级的治疗设备还包括：TOMO、CyberKnife、MR-Linac（Unity）。
前文链接：Unity： 1.5T 高场MRI-Linac系统


八.后记

在上一篇文章中，笔者感叹，学习某一个系统的知识，是多么的不容易，特别是学习新的知识，新的知识体系。

罗马不是一天建成的，同样从放射科转到放疗科，虽然一字之差，但是知识体系差异是很大的。
接触的肿瘤科医院越来越多，很荣幸能去最顶尖的肿瘤医院学习交流。
如同一个物理师告诉我的，0基础开始，希望1-2天就把放疗的知识，物理师的知识学会，这个是不可能的。要尊重知识，敬畏知识，学习知识不能心急。如同一个老师说的一样，我学了十二年的知识，你一周就想学会，这是对我们这个学科的侮辱！
同样，磁共振也是一样。很多人没有磁共振基础，希望看了我的PPT，或者听我讲一遍，就完全掌握了磁共振的原理、序列、参数、临床应用，同样是对磁共振的侮辱，对知识的侮辱！
前文链接：磁共振学习的感悟及体会
在磁共振方面需要学习的太多了，同样在放疗当中也是。

回想初学磁共振，从0开始，慢慢到了现在的程度。我2016年开始写公众号的时候，我的磁共振水平还有很多地方需要提高。
现在，我慢慢开始写放疗相关内容了，希望也能随着文章的增加，提高自己的知识水平。
由于才疏学浅，学习能力差，很多内容写得不够准确，甚至有错误，希望大家不惜赐教，予以斧正，在下定当心存感激，虚心学习。


放疗相关文章链接：
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更多的参与治疗是未来放射科发展的方向


2019.06.19     于       北京

    Viktor Lee   李懋




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