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质子治疗的优越性与发展

更新作者:zjy 更新日期:2020-07-30 10:09:55 点击次数:

    在1895年伦琴发现X-线后不久,放射线就用于肿瘤治疗,到目前已经有100多年的历史了。当肿瘤在其早期阶段或者比较局限的时候,手术和放射治疗等局部治疗为主要治疗手段;当肿瘤局部扩散或远处转移时,不适于手术治疗,化疗和放射治疗可以提供相对好的治疗效果。目前,综合使用手术、放疗和化疗中的两种或三种手段治疗肿瘤。WHO统计,全部肿瘤病人中有45%是可治愈的,由放射治疗治愈的病人占18%。

    放射线可以使肿瘤细胞DNA双链断裂,导致肿瘤细胞死亡。高剂量放射治疗可以杀死肿瘤细胞,但是肿瘤周围的正常组织是提高肿瘤照射剂量的限制因素。正常组织的超量照射将导致早期和晚期并发症。随着对肿瘤认识的提高和肿瘤治疗手段的发展,人们不但要求肿瘤要得到有效控制,而且要求生存质量要高。2006年ASCO会议,将提高肿瘤病人生存质量,保证病人器官功能作为一个很重要的议题讨论。本着这样的治疗目标,放射治疗在肿瘤治疗中的地位在不断的变化。一方面是地位提高了,例如,几十年前手术治疗在头颈部肿瘤治疗中起主导地位,目前放化疗结合在保留器官功能方面起到了重要作用;早期乳腺癌局部肿瘤切除加放射治疗保留乳房等。另一方面是地位降低了,如在霍奇金病的治疗中,化疗成为了主要治疗手段,放疗只是针对治疗前有肿瘤侵犯的区域,照射范围也由斗篷野照射缩小到累及野照射。

 

目前使用的外照射放射源及放射技术

    X-射线和电子线是放射治疗常用的射线,它产生于高能电子直线加速器;使用X-线和高能电子线治疗肿瘤的技术,统称为传统放射治疗。目前还可用电子以外的粒子做放射治疗,包括不带电粒子(中子)和带电粒子;带电粒子以氖离子为界分为轻离子(如质子,氦离子,碳离子,氖离子)和重离子(如硅离子和氩离子等)。粒子治疗在放射生物和物理剂量分布上不同于X-射线和电子线:中子有高的相对生物学效应值(RBE),可以克服肿瘤乏氧因素,但是剂量分布差;碳离子同时有较高的RBE值和比质子更好的物理剂量分布,但是由于技术的复杂性和设备昂贵,我们在这里不做过多的讨论;质子射束有优越的物理剂量分布(参见《中华放射肿瘤杂志》2006年第四期),与X-射线和电子线相似的RBE值(1.1),使我们可以相对容易的将我们在X-射线和电子线治疗中积累的经验应用到质子放射治疗的临床实践中来,所以我们这篇文章主要讨论粒子治疗中的质子治疗

    给予肿瘤致死剂量,同时降低周围正常组织并发症一直是放射治疗的目标。通过三维适形(3D CRT)和调强治疗(IMRT)等技术,可以提高放射治疗的治疗增益比(肿瘤照射剂量/正常组织剂量)。尤其是IMRT技术的使用,可以解决常规放疗很难解决的问题(如鼻咽癌治疗保护腮腺功能)。但是,IMRT由于技术的复杂性延长了照射时间,降低了每次照射的有效剂量率,可能会影响到肿瘤的控制效果;其次,IMRT虽然提高了肿瘤剂量的适形度,但是也造成大量肿瘤周围正常组织受到低剂量辐射(正常组织内积分剂量增加),我们仍然不十分清楚低剂量辐射对可能长期存活的病人或儿童肿瘤患者会产生什么影响。但是,放射治疗导致的第二原发癌问题越来越受到人们的关注。

    质子射束的深度剂量分布曲线在其末端形成博拉格峰(Bragg峰),可以使肿瘤后方正常组织避免了放射线照射。通过使用对穿野或多野交叉质子适形照射技术可以进一步降低肿瘤前方的照射剂量。与X-射线和电子线治疗技术相比,质子放射治疗可以降低肿瘤周围正常组织受照剂量约50%。正常组织不受或少受照射就可以不造成或降低正常组织副反应发生机率。此外,X-射线和电子线IMRT的概念也同样可以应用到质子放射治疗中,通过调节质子束能量和强度技术(IMPT)可以使高照射剂量区与肿瘤形状适形更好,周围正常组织受照剂量进一步降低。

 

质子治疗的适应症

    因为质子优越的物理特性,质子治疗可以在提高肿瘤剂量的同时,降低正常组织的照射剂量。比起X-射线和电子线照射技术来说,质子治疗一定会使病人或多或少的受益。所以说,凡是需要使用放射治疗的病人都可以选择质子治疗。但是考虑质子放射的效价比问题,我们认为质子治疗在某些解剖部位肿瘤有一定的优势(见表1)。对于体内深部早期肿瘤,特别当手术可以引起较高的并发症、病死率和费用时,质子治疗可能取代手术治疗且疗效不低于手术治疗;此外,质子治疗可能对年老体弱的病人,合并使用化疗或手术的病人有一定的优势;儿童肿瘤病人和二程放射治疗病人可能是质子治疗受益比较大的病人群体(参见《中华放射肿瘤杂志》2006年第五、六期)。

表1:质子治疗可能有一定优势的解剖部位

肿瘤部位

质子治疗的优势

乳腺

避免照射心脏、肺和臂丛神经

头颈部

降低脊髓、脑干、颅神经、涎腺、眼、骨骼和脑的吸收剂量

盆腔 (前列腺、膀胱和直肠)

降低骨的吸收剂量,避免照射膀胱,直肠等器官;治疗体积大的肉瘤时,可以不损伤骶从神经。

妇科系统

如盆腔病灶,可以提高宫旁剂量;治疗阴道癌的剂量分布更好;当后装治疗不合适时;当需要延长靶区到主动脉旁区域时。

四肢

减轻淋巴水肿和畸形

更好的保护肺和心脏功能

/胰腺

显著降低急性反应,可以安全的对放射抗拒肿瘤进行剂量升级,例如肝细胞肝癌和胆管癌

脊柱旁/主动脉旁

躲开小肠,脊柱和肾脏

中枢神经

降低敏感器官,如下丘脑,垂体的辐射,降低中风的危险。降低中枢神经系统外器官的辐射,如脊髓前方组织和其他附属器官,如眼和听觉器官。 


质子治疗的研究和发展方向

    临床方面:(1)改变时间-剂量分割方式,使用非常规分割方式进行治疗。在头颈部肿瘤和宫颈肿瘤治疗中已经观察到总治疗周期延长将降低肿瘤的局部控制。在眼黑色素细胞瘤,早期肺癌,早期肝癌的治疗中采用低分割治疗可以提高肿瘤控制率,而且缩短了总治疗周期,降低了总治疗费用;采用低分割治疗早期乳腺癌术后瘤床(选择低危病人群组)可以缩短治疗周期,降低总治疗费用。质子治疗物理剂量分布好,可以考虑采用低分割治疗方式来达到高的肿瘤控制率。(2)联合应用化疗。质子治疗可以使骨髓、心脏、肾脏、肺脏等化疗易损伤的器官免受照射或降低其吸收剂量,因此可以联合使用强效化疗方案。例如质子治疗髓母细胞瘤时可以避开耳蜗,因此可以降低联合顺铂化疗造成的听力受损;质子治疗联合使用阿霉素治疗左侧乳腺癌时,可以降低严重心肌病变的发生。(3)联合手术治疗大体积肿瘤或贴近危及器官肿瘤。大体积肿瘤往往是预示肿瘤晚期,直接使用放射治疗会照射很大体积的正常组织;肿瘤贴近危及器官增加了肿瘤治疗的难度。质子治疗前选择性的手术治疗,可以减轻瘤负荷,加大了肿瘤组织和危及器官之间的间隙;术前质子治疗可以减小肿瘤体积,创造彻底切除肿瘤和保全器官功能的机会。选择性手术和放射治疗的配合问题,如手术的范围和放射治疗的剂量等,都需要根据病人的具体病情考虑。(4)效价比问题。治疗技术间的比较有许多的评价指标,例如肿瘤控制率,存活率和无病存活率等等,但是这些目标没有考虑到肿瘤病人生存质量,也就是治疗引起的并发症等因素。并发症不但降低了病人生存质量,同时也需要人力和财力进行治疗。近期,欧洲发表数篇文章来阐述质子治疗与最好的X-射线的效价比问题。Lundkvist等研究表明,儿童髓母细胞瘤质子治疗可以降低总治疗费用(包括治疗并发症的费用)23,600欧元,并提高了病人生存质量。如何建立放射治疗效果和并发症评价标准显得越来越重要了

    物理方面:在X-射线和电子线治疗技术中遇到的问题,比如靶区确定、靶区运动、摆位精度和误差、计算精度等等,在质子治疗中也同样存在。在质子治疗技术的临床应用中,我们应该(1)结合功能性成像技术,如PET-CT技术,提高肿瘤靶区确定精度;(2)使用呼吸门控技术,降低肺脏、肝脏等活动器官的运动幅度,提高肝癌和肺癌的治疗精度和有效率;(3)实现扫描束治疗和IMPT治疗技术。

 

结语

    质子治疗由于其优越的物理剂量分布,可以更好的保护肿瘤周围正常组织,可能在提高肿瘤控制率的同时提高患者生存质量;同时也为临床肿瘤医生提供了使用新的治疗模式的可能。由于质子治疗设备昂贵,尚不能在较大范围内使用,所以X-射线和电子线治疗技术仍然是目前肿瘤放射治疗的主要技术。随着技术的发展和质子治疗设备的增多,质子治疗必然将会在肿瘤治疗中起到更大的作用。


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