放疗新技术

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现代放射治疗新技术系列介绍

螺旋断层放疗(TOMO)优势

螺旋断层放疗系统(Tomotherapysystem,TOMO)于90年代初应用于临床治疗肿瘤,是目前全球唯一采用螺旋CT扫描方式进行治疗的新技术。因TOMO放疗的高剂量分布区与所照射肿瘤的形状具有极高适形性,放射治疗可以达到类似手术切除的效果,因此也俗称“TOMO刀”。TOMO放疗技术是在传统放疗技术基础上的一大进步,与目前常规调强放疗技术相比,TOMO放疗具有几个明显的优势:

(1)最优化的放射治疗计划。由于患者体位以及直线加速器本身设计的限制,虽然放疗计划经过精心设计,但传统放疗中射线束照射靶区的角度会受到一定的限制;而在TOMO治疗机中,直线加速器安装在与CT扫描机类似的环状机架上,在加速器旋转过程中,可以实现360度连续出束。由于TOMO技术没有入射角度的限制,物理师设计放疗计划时更方便、也更容易给予肿瘤靶区所需要的照射剂量,同时正常组织也得到更好保护,可有效地降低了患者急性放射反应以及远期放疗后遗症。另外,由于TOMO放疗过程中,线束装置沿360度连续旋转,治疗床连续、缓慢向前移动,类似“螺旋式”前进,可避免了照射范围内的热点(高剂量点,过度照射)和冷点(低剂量区,照射不足)等不足。因此,TOMO治疗系统可设计出最优化的放射治疗计划。

(2)最精准的放射治疗过程。每次TOMO治疗时,治疗师必须先对患者进行CT扫描,采集实时图像;通过图像配准来校对患者的治疗体位、消除摆位误差,这个过程称为图像引导放射治疗(Image-Guided Radiation Therapy,IGRT)。而传统调强放疗一般是在首次放疗前进行一次体位验证,或每周进行一次体位验证,整个治疗过程中的体位误差难于完全避免。因此,TOMO治疗成功将图像引导放疗技术与调强放射治疗技术巧妙融为一体,可完成最精准的放射治疗过程。

(3)最经济的放射治疗时间。TOMO技术由于线束装置沿360度连续旋转过程中,治疗床“螺旋式”向前移动,因此消除了传统放疗“照射野”的概念,理论上从头到脚多个病灶需要照射、或多个部位需要照射时,可以在一个放疗计划中完成全部治疗,从而避免了常规放疗时往往同时需要多个放疗计划、或需分段行多个疗程的放疗,从而可大大节省了治疗时间、缩短治疗疗程。比如癌症多发骨转移、以及中枢神经系统肿瘤需全中枢照射时,TOMO技术具有独特优势。另外,可以对于较小病灶实施SBRT(Stereotactic Body Radiation Therapy,立体定向放射治疗)治疗,疗程时间可缩短至数天到数周,早期肺癌的SBRT可在1-2周内完成治疗。因此,TOMO技术可获得最经济的放射治疗时间。

TOMO放疗技术几乎适合全身各部位肿瘤的治疗,特别在靶区极不规则如胸膜间皮瘤、全身多部位需要照射如多发性转移瘤、以及超长部位需要照射如全中枢照射、以及复发肿瘤的二程放疗等,具有独特优势。

2014年10月我院放疗科开始使用TOMO技术治疗各种恶性肿瘤,已积累了丰富的经验。


图1  治疗师进行TOMO放疗精准摆位


图2多发骨转移TOMO治疗计划图。本例为鼻咽癌多发骨转移,对4个转移灶同时进行照射,高剂量区与转移灶形状非常适形,实现高效、精准照射。


图3多发脑转移TOMO治疗计划图。本例为肺癌多发脑转移,在全脑照射基础上给予多个转移灶局部同期加量照射,其高剂量区与转移灶形状非常适形,实现高效、精准照射。


图4全中枢照射TOMO治疗计划图。本例为神经母细胞瘤椎管内转移,下颈上胸段椎管内、左肾上腺区仍有肿瘤残留,在全中枢照射过程中给予残留肿瘤部位同步加量照射。


图5应用TOMO进行SBRT治疗计划图。确诊早期肺癌,分期为T1N0,因医学原因不能手术,进行SBRT治疗,总共照射5次,一周内完成放疗,节省了治疗时间。


质子放疗原理及临床应用简介

放疗计划设计过程中,提高靶区剂量以及保护正常组织器官是基本的剂量学要求。但在临床实践中,有时照射部位解剖结构复杂,肿瘤与正常组织器官相互包围环绕,在计划设计时难以兼顾两者的剂量学要求。目前广泛使用的射线如高能X线和电子线,由于其自身物理学特性的限制,在照射人体组织时入射方向肿瘤前正常组织的受照射剂量高于肿瘤的受照射剂量,这是剂量分布的重要限制因素。

质子在物理学特性与传统医用射线明显不同,具有明显的物理学优势。质子束照射人体组织时,在特定深度会发生一个急剧上升的能量传递高峰,称为Bragg峰;在Bragg峰前为剂量低平坦段,峰后则为一个突然减弱陡直的尾。Bragg峰的深度依赖于质子束的能量,通过调节质子束能量,可以治疗不同深度的肿瘤;使用Bragg峰展宽器根据肿瘤体积恰当地扩展峰的宽度,可以治疗不同大小的肿瘤。与临床常用的X线或电子线相比,由于质子Bragg峰前、后正常组织的受照射剂量均显著降低,因此能相对安全地提高肿瘤照射剂量,更好地保护肿瘤邻近的正常组织器官,特别是一些重要器官,以达到提高肿瘤控制率的同时,减少放射治疗并发症的目的。

临床实际工作中,当肿瘤与重要危及器官紧密相邻时,质子治疗可呈现无可比拟的优势。如治疗颅底脊索瘤、脑膜瘤、垂体瘤、听神经鞘瘤、前列腺癌,脉络膜黑色素瘤靠近视神经或黄斑等(图1)。另外,随着治疗进步,患者存活时间延长,照射晚期反应成为放疗科医生越来越重视的问题。质子治疗明显减少了肿瘤周围正常组织的照射剂量,有望为减少放疗远期毒性做出贡献。儿童处于生长发育的重要阶段,质子也比较适合于多数儿童肿瘤的放射治疗。

由于质子的独特物理学优势和临床应用潜力,调强质子放疗、低分割质子放疗、同期化疗配合质子放疗等新理念、新技术可能成为未来放射治疗的研究热点。


图1光子调强放射治疗计划(左)与质子放疗计划(右)剂量对比

说明:肿瘤受到治疗性高剂量照射时,光子调强放射治疗计划显示肿瘤周围正常组织也受到较高剂量的照射(左图),而质子放疗计划则显示肿瘤周围正常组织较少或没有受到较高剂量照射(右图)(摘自Liu H, Chang JY.Proton therapy in clinical practice.Chin J Cancer. 2011; 30(5): 315–326)