放射腫瘤醫(yī)學(xué)科技研究

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1醫(yī)學(xué)放射物理學(xué)新進(jìn)展

醫(yī)學(xué)放射物理學(xué)是以物理學(xué)知識研究和解決有關(guān)疾病診斷和治療的交叉學(xué)科。從1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來，放射診斷和放射治療不斷地在臨床應(yīng)用和實踐，目前已發(fā)展成現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要學(xué)科。現(xiàn)今的放射診斷(包括核醫(yī)學(xué)診斷)已具有良好的設(shè)備如X線診斷機(jī)、CT（計算機(jī)斷層攝影）、DSA（數(shù)字減影儀）、MRI（核磁共振成像）等影像技術(shù)。這些技術(shù)的創(chuàng)新必然改變醫(yī)學(xué)影像的思維。原來的二維模式被現(xiàn)代的三維(立體)甚至四維(臟器移動、血管搏動)影像所取代。從解剖學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成功能化影像學(xué)(分子生物學(xué)水平)，能夠觀察到非常細(xì)微的形態(tài)學(xué)改變，其圖像質(zhì)量、清晰程度和掃描速度均達(dá)到了空前的高度。這為醫(yī)學(xué)的提高，為數(shù)字化醫(yī)院的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)[1]。除診斷機(jī)外，60鈷治療機(jī)、直線加速器、近距離治療機(jī)(后裝機(jī))、伽瑪?shù)?γ刀)和體層放射治療(tomotherapy)等設(shè)備的不斷完善，為惡性腫瘤提供了強(qiáng)有力的治療手段。兩者的結(jié)合是發(fā)展現(xiàn)代醫(yī)學(xué)牢固的支柱。近年來從放療機(jī)又派生出很多治療腫瘤的儀器。國內(nèi)能見到的有“超聲聚焦刀”“射頻治療儀”“各種熱療機(jī)”“氬氦冷凍治療刀”等，雖名目繁多，然皆屬于物理學(xué)治療腫瘤的范疇。其治療效果，各單位僅有少量報道，難以確切評價。

2影像診斷技術(shù)在腫瘤放射治療中的應(yīng)用

影像技術(shù)在現(xiàn)代腫瘤放射治療中的作用已越來越顯示其重要性，已成為多學(xué)科交叉研究和關(guān)注的熱點(diǎn)，而且貫穿于腫瘤放射治療的全過程。對腫瘤早期診斷、鑒別診斷、臨床分期、治療方式選擇、生物靶區(qū)的精確定位、外科手術(shù)方案中的切除范圍、療效監(jiān)測和評價、治療后隨訪、復(fù)發(fā)再分期和再次治療計劃的實施等各個階段提供了精確信息，極大地促進(jìn)了腫瘤放射治療技術(shù)的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)以后各種新的影像信息源和成像新技術(shù)迅速普及，使放射治療從常規(guī)放療轉(zhuǎn)換成三維適形放療(3D-CRT)、調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)和圖像引導(dǎo)放療(IGRT)[2]。近年來不斷有新的組合型一體化設(shè)備先后問世例如CT與直線加速器組合、PET與CT組合[3]，PET與MRI組合等，打破了醫(yī)學(xué)影像與腫瘤臨床治療的傳統(tǒng)界限和模式，經(jīng)歷了一個從一般到特殊，從單純形態(tài)到功能結(jié)合，從宏觀診斷向微觀和分子水平診斷的發(fā)展過程。

3放射治療物理學(xué)新進(jìn)展

隨著計算機(jī)的臨床應(yīng)用和醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)的問世，先后出現(xiàn)了各種類型的放射治療儀器，使三高一低(高劑量、高精度、高療效和低損傷)這一治療目標(biāo)成為可能。最具代表性的設(shè)備有X刀和γ刀[4]、智能跟蹤放射手術(shù)加速器（Cyberknifer）[5]、斷層放射治療機(jī)（Tomotherapy）、動態(tài)靶向定位治療機(jī)（dynamictargeting，DT）[6]、影像引導(dǎo)放療機(jī)（imageguidedradiotherapy，IGRT）和諾力刀等。以往的常規(guī)放射治療雖有效果，但受到腫瘤周圍正常組織耐受量的限制而被迫中斷。提高腫廇組織劑量，減少周圍正常組織受量，改善“治療增益比”就能增加局部控制率和治療效果。適形放療能使腫瘤在照射過程中高劑量區(qū)劑量分布在三維(立體)方向，不但與腫瘤靶區(qū)形狀一致，且其強(qiáng)度均等分佈，但當(dāng)腫瘤緊鄰或包裹正常重要組織時就必須對射野各點(diǎn)的輸出劑量率或強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，使周圍正常組織受到保護(hù)，從而引入了調(diào)強(qiáng)的機(jī)制。1993年臨床開始應(yīng)用調(diào)強(qiáng)適形放療和逆向治療計劃設(shè)計[7]，不僅能使照射與靶區(qū)形狀一致，還能通過動態(tài)多葉光欄(MCL)對射線束強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，使多束不同強(qiáng)度的射線束穿透治療區(qū)形成射線邊界銳利(類似刀切)，射野內(nèi)各點(diǎn)劑量均勻的照射。調(diào)強(qiáng)適形放射治療是放射治療領(lǐng)域內(nèi)一次重大的歷史飛躍，對腫瘤放射治療的發(fā)展起到了巨大的推動作用。放射治療物理學(xué)經(jīng)過漫長的發(fā)展階段基本上已滿足臨床放射治療的需要。但有些問題尚需進(jìn)一步研究和探索。特別是調(diào)強(qiáng)適形放療中有關(guān)照射時間，劑量分割，各單位自行設(shè)定，無常規(guī)可循。其次，腫瘤靶區(qū)的精確定位，亞臨床灶的判斷，照射時病人體位的移動均很難撐握及控制。希望能找到一個理想的解決辦法。

4高LET(線性能量傳遞)治療機(jī)

盡管加速器所產(chǎn)生的X線和電子線，60鈷所產(chǎn)生的γ線能量很大，能殺死大量癌細(xì)胞，但當(dāng)射線進(jìn)入人體后，沿著行進(jìn)的徑跡(軌跡)其傳遞能量卻很小稱低LET，低LET對缺氧細(xì)胞和靜止期細(xì)胞(不參與分裂和增殖的細(xì)胞)起不到殺滅的作用。因此20世紀(jì)70年代國外開始研究高LET射線。這類射線的生物效應(yīng)對細(xì)胞氧含量和細(xì)胞分裂(增殖)各期的依賴性較小。它們可以在缺氧或低氧狀態(tài)下仍可起到殺滅腫瘤細(xì)胞的作用。問世的儀器有快中子、負(fù)π介子、各種重粒子及質(zhì)子等。臨床已開始應(yīng)用，更多的還處于研究階段。國內(nèi)中子刀臨床已開展，積累了較豐富的治療經(jīng)驗。質(zhì)子治療[8]正在試運(yùn)行中，這些儀器造價昂貴，費(fèi)用難以承受，短期內(nèi)無法普及。在高LET治療中要算硼中子俘獲治療系統(tǒng)（boronneutroncapturetherapy,BNCT）[9]能量釋放最為猛烈。它是一種通過發(fā)生在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的原子核爆炸摧毀腫瘤細(xì)胞的治療方法。其原理是給患者注射一種含非放射性的自然元素硼（10B）能與腫瘤細(xì)胞有很強(qiáng)親和力的特殊化合物。當(dāng)進(jìn)入人體后迅速濃聚于腫瘤細(xì)胞內(nèi)，此時用超低能中子射線照射，中子射線與進(jìn)入腫瘤細(xì)胞的硼元素發(fā)生核反應(yīng)，釋放出一種具高線性能量轉(zhuǎn)換的α粒子，即使少量的α粒子在腫瘤細(xì)胞內(nèi)釋放就足以殺死腫瘤細(xì)胞（此種方法類似于氫彈爆炸必須有引爆裝置才能發(fā)揮氫彈的威力）。該治療方法尚處在實驗室階段，國內(nèi)亦正在醞釀之中。

5放射物理劑量和放射生物劑量

采用X線治療腫瘤必需標(biāo)明劑量單位。臨床最初采用“紅斑量”即生物體受照后皮膚出現(xiàn)紅斑現(xiàn)象，但這一定義含糊不清，既有物理劑量的內(nèi)容又有生物反應(yīng)的表示。要區(qū)別各自劑量內(nèi)涵，物理學(xué)首先提出以“倫琴”命名劑量單位。實際是一個物理劑量，反映光子輻射本身的性質(zhì)，但不能作為臨床劑量使用，以后逐漸轉(zhuǎn)換成吸收劑量。它不僅反映射線的性質(zhì)，也顯示射線與生物體相互作用的程度。常用戈瑞（GY）和cGY。（GY的百分單位）作為劑量單位，一直沿用至今。而生物劑量是指對生物體輻射響應(yīng)程度的測量。這是二個不同的定義，但又緊密相關(guān)。為達(dá)到二者的統(tǒng)一，1967年ELLIS將輻射的“療程時間”“分割次數(shù)”“每次劑量”“照射體積”和“射線性質(zhì)”等物理學(xué)劑量因子與生物劑量有機(jī)的組合，提出放療的效應(yīng)估算，設(shè)計出一系列公式，稱為名義標(biāo)準(zhǔn)劑量（nominalstandarddose,NSD）即時間——劑量——分割（time-dose-fraction,TDF）。將此公式制成表格式便于查找。但TDF不能區(qū)別對各種腫瘤組織照射后所產(chǎn)生的損傷程度，有的早期即表示（早反應(yīng)組織），有的晚期才發(fā)生。（晚反應(yīng)組織）為充分表達(dá)物理劑量與生物劑量之間的關(guān)系，代之以線性二次方程公式（簡稱α/β公式）來計算，仍以GY為劑量單位。Fowler用α/β公式的概念提出了生物效應(yīng)劑量（biological-effective-dose,BED）即DBE公式。經(jīng)計算可以分別求出早反應(yīng)和晚反應(yīng)組織的等效劑量，但它僅僅是一個大致的范圍。公式來源于動物實驗。臨床應(yīng)用必須慎重。要考慮物理劑量的各種參數(shù)，又需要注意腫瘤組織照后的各種反應(yīng)。尤其是組織修復(fù)和再增殖現(xiàn)象的發(fā)生。因此，很多學(xué)者提出了外推反應(yīng)劑量（extrapolatedresponsedose,ERD）公式。DER是一個簡便的數(shù)學(xué)模式，把物理學(xué)諸因子與生物反應(yīng)相結(jié)合，希望能更正確的反映腫瘤組織受照后的真實變化。DER也并不是最完美和理想的方案。由于個體的差異，各種腫瘤組織對受照后的反應(yīng)亦不同，難于用單一公式來表達(dá)物理劑量單位和生物劑量單位的轉(zhuǎn)換。這一課題尚待進(jìn)一步探索。目前，有關(guān)放射劑量學(xué)的改制國家已經(jīng)啟動，放射物理工作者應(yīng)努力按ICRU（國際輻射劑量單位委員會）24號出版物。IAEA（國際原子能機(jī)構(gòu)）227、374號出版物和中華人民共和國JJG（國家劑量檢測規(guī)程）589-2001標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行?？偹阌辛艘粋€規(guī)范的物理學(xué)劑量的法律保證。

6近距離治療（后裝機(jī)）

自1898年居里夫人發(fā)現(xiàn)了鐳（Ra）元素之后，1905年開始了第一例組織間Ra插植治療。1930年P(guān)aterson和Packer建立了Ra針插植規(guī)則及劑量計算方法，正式開始了近距離治療。直到20世紀(jì)80年代近距離放射治療技術(shù)（后裝機(jī)）取代了傳統(tǒng)的近距離放射治療。后裝機(jī)采用遠(yuǎn)距離操作，計算機(jī)控制，能夠勾劃出清晰的圖像和劑量曲線分布。無論從安全性、可靠性、防護(hù)性和病人舒適程度考慮，明顯提高了精度和治療效果，從而迅速推廣。近距離治療有多種方式，因腫瘤位置或解剖結(jié)構(gòu)的差異，可采取不同的照射技術(shù)，空腔臟器常用腔內(nèi)治療，實質(zhì)性腫塊采取組織間植入，近幾年又開展了放射性粒子植入技術(shù)，配合其他治療手段治療前列腺癌[10]、胰腺癌[11]、甚至某些類型的肺癌、腦瘤等，取得良好效果。這也是繼近距離放療后的進(jìn)一步發(fā)展，過去有些模具或敷貼器治療現(xiàn)在已為淺層X線或電子束所取代，術(shù)中置管術(shù)因受條件限制，國內(nèi)僅有少數(shù)單位作過報道。近距離治療常用的核素種類繁多，源型各異，（管、針、液、膠囊等劑型）能量和半衰期也不同，除60鈷能量較高外，多數(shù)為低能含γ和β的混合線。放射線經(jīng)金屬外殼過濾后成單一的γ線能譜。它照射的范圍有限，損傷危險性很小，是重要的輔助放射治療工具。

7結(jié)束語

放射治療物理學(xué)和放射治療生物學(xué)經(jīng)過放射腫瘤工作者不懈的努力，已能將很多腫瘤通過放射治療得到緩解。早期病例可以得到治愈。30余年來，腫瘤治愈率翻了一番，70%~80%的腫瘤患者需要放射治療的參與和配合，按目前治療水平，對腫瘤定位、劑量分布均能計算精確無誤，而且人體任何部位都能得到治療。但放射治療與外科手術(shù)一樣，是一種局部療法，對晚期病例起到姑息緩解之作用，對廣泛轉(zhuǎn)移患者則不能給予有效的控制。總之腫瘤治療需要多學(xué)科的合作，彼此取長補(bǔ)短，共同努力。放射腫瘤醫(yī)學(xué)存在的問題仍很多，今后的道路還很遙遠(yuǎn)，這也是腫瘤工作者肩負(fù)的重任。