现代肿瘤放射治疗概要
严玉龙 副教授
徳克萨斯大学西南医学中心肿瘤放射治疗系
攻克癌症是人类持之以恒的梦想。外科手术，放射治疗和化学治疗是现在主要的三种治疗方法。根据癌症的发展状况和病人的身体条件，医生会选最合适的单一或多模态综合治疗方法。世界卫生组织2010年数据显示，大约60%的癌症患者需要接受放射治疗。这显示对放射治疗的需求是巨大的。环境的恶化和生活方式的改变， 使癌症的发病率成增长趋势。如何让放射治疗的效果更好意义巨大。
肿瘤放射治疗历史悠久，它起源于1895年的X-射线的发现。美国芝加哥一位医生在X-射线发现仅仅两个月后就用它治疗了第一个局部复发的乳腺癌病人。这有点盲目的成功从此开启了两个学科：肿瘤放射治疗学和医学物理。经过一百多年的发展，今天的放射治疗效果远非过去的简陋疗法可比，但挑战依然存在。一些最基本的一开始就困扰人类的问题，今天仍然存在。比如，
1. 肿瘤在哪里，
2. 给多少剂量最好，
3. 剂量准确吗，
4. 怎样保护正常组织。
其实，现在肿瘤放射和医学物理的研究前沿正是努力回答这些看似简单的问题。
肿瘤在那里
除了少数几种半身或全身系统照射疗法，肿瘤放射治疗其实是一种局部治疗方法。换句话说，只治疗“看”得见的病灶。治疗目标是控制或杀死肿瘤，不让其在局部复发。在没有图象定位的早期，人们照射肿瘤所在的大致范围。为确保包括全部肿瘤组织，往往使用比肿瘤大得多的照射野。这看似保险的做法有许多问题: （1）损伤了太多没有必要照射的肿瘤附近的健康组织；（2）副作用与照射的体积成正比，过大的副作用限制了肿瘤的剂量，因而影响疗效；（3）分次治疗可以利用肿瘤和正常组织对射线的敏感性差异而减少副作用，但如何保证再定位的精度等等。由此可见，肿瘤放疗的第一步就是准确的定位和再定位。这是一个艰难的问题，因为很多情况下，单一品种成像并不能清晰并准确呈现肿瘤的位置和范围，这就需要图象配准和融合技术 (Image Registration and Fusion)。即使如此，也不能保证算法每次都有效。为了更准确和方便，出现了一次性多种成像设备，比如CT/PET，多模态图象无须配准。结合现代先进的射线强度调制技术（Intensity Modulated Radiation Therapy），人们已经可以把放射剂量准确控制在肿瘤内，只有很小的剂量散步在肿瘤周围的正常组织内。结果是照射的体积减小了，副作用减小了，给提高肿瘤剂量创造了条件。即使如此，肿瘤复发的例子还是不少。其中不少就是出现在治疗体积的边缘，原因是上次治疗因无法看到的亚病灶没有得到控制。由此看来，仅仅看到主体肿瘤还不够，还要看到其亚病灶范围有多大。为解决这个问题，出现了各种各样的肿瘤成像技术（Molecular Imaging），分子成像技术就是其中之一。
一般来说，清除癌细胞需要80 Gray的剂量，但是这么高的剂量无法一次做到，分次照射是提高剂量的方法之一。这带来一个问题: 如何重新定位肿瘤？现在发现仅仅在病人体表做标记是不准确的，因为肿瘤的位置和形状可能每天都不一样，这需要借助病人在线成像技术，比如圆锥野CT (Cone Beam CT)、实时超声成像和实时磁共震成像技术等。有了这些图象还没完，因为还必须进行图像配准和融合。形变大的时候，还需要借助可形变图象配准（Deformable Image Registration）技术。即使如此，还有一个问题在困扰我们，由于有的疗程长达几个星期，有的肿瘤反应明显，肿瘤体积变小或病人形体发生明显改变，原来的治疗计划已经不是最佳，这就需要自适应放射治疗计划方案（Adaptive Radiation Therapy）。
到这时我们一直假设：当病人躺在治疗床上的时候肿瘤是不动的。对头颈部和四肢部位的肿瘤来说，这个假设可以成立，但对其他部位的肿瘤，特别是肺部肿瘤而言并不成立， 否则多达二十几毫米的位移或形变，会让我们之前的种种努力无效。由此而产生了一个大的研究分枝- 肿瘤运动管理（Tumor Motion Management）。这其中包括四维CT/MRI，四维圆锥野CT（4D Cone Beam CT），呼吸阈门技术（Respiratory Gating）和肿瘤跟踪技术（Tumor Tracking）等等。
给多少剂量最好
肿瘤剂量受制于肿瘤周围健康组织的所受剂量。如何安全地提高肿瘤剂量（Tumor Dose Escalation）是许多人的努力方向。如果我们有方法可以只给肿瘤剂量而不伤害周围正常组织，这就不是问题了。可惜这种技术目前还不存在。給多少剂量为最好取决于许多因素：治疗目标、肿瘤大小和期类、肿瘤位置、治疗技术、同期或先后其他疗法、病人健康状况、治疗次数等等。这是个很难回答的问题，为此各国开展了无数临床试验，以期找出针对各种肿瘤的最佳治疗方案。其实得到的数据对具体病人而言只是一个指导性的方案，是否最佳很难定论。但总的方向是在保持低副作用的情况下提高肿瘤剂量以提高肿瘤局部控制率因而提高生存率。
早期放疗多是一次性大剂量，因副作用太大而影响了效果。后来发现了分次疗法（Fractionation）, 每次只给大约2 Gray，多次积累达到控制副作用并提高肿瘤剂量效果。缺点是疗程太长，病人很不方便。另外，肿瘤的大小和形状会变，原来的最优治疗计划变差。现代研究结果发现，借助精确的图象定位和治疗技术，我们已经有能力把剂量准确施加到肿瘤体积中并把肿瘤周围正常组织的剂量降到最低，这样一来我们就可以提高单次治疗剂量，从而以比传统少得多的次数完成放疗，并取得相同或更好的疗效，比如体部立体定向放射治疗技术 (Stereotactic Body Radiation Therapy)。就治疗次数而言，放射治疗经历了罗旋式上升的发展过程。
近距放疗（Brachytherapy）是另一个解决方案。它是将低能放射源直接暂时或永久性地植入肿瘤体积内。由于射线能量低，对肿瘤周围正常组织的伤害小，所以肿瘤剂量往往比外部放疗的剂量高得多。这形成了放疗的一大分枝。缺点是对人员的操作技能要求高，对病人或有创伤，剂量精度不容易确定。
剂量准确吗
剂量计算是肿瘤放疗中的一个核心问题。一百多年来，相关文献持续发表，几乎没有间断过，因为这关系到病人的安危，治疗效果的好坏和临床试验结果的正确。保持剂量准确是医学物理师的核心任务之一。要做到这点，需要几个方面的努力: （1）剂量要算得准; （2）机器要校得准; （3）治疗要执行得准。
目前，蒙特卡罗模拟算法是最准确的剂量算法。越来越多的商业化治疗计划系统开始配备这种算法。缺点是计算量大，速度比较慢。随着计算机技术的发展和蒙特卡罗快速算法的出现，速度问题已经逐步得到解决。近年来，GPU并行技术的引用已经将蒙特卡罗模剂量计算速度提高到近乎实时的水平，让人叹为观指。
直接解波尔兹曼传输方程来进行剂量计算是近年开辟的另一条道路，并且已经投入部分商业化治疗计划系统。在不用GPU加速的情况下，已经超过了快速蒙特卡罗模拟算法，并保持良好计算精度。
怎样保护正常组织
如何保护正常组织不受或少受伤害是与提高肿瘤剂量是有直接联系的，这是我们要回答的核心问题之一。许多情况下，肿瘤接受到的剂量远远达不到我们想要的80 Gray，不是我们不想给，而是我们做不到。只有降低了对正常组织的伤害，我们才有可能提高肿瘤剂量。现在有几种方案：（1）使用射线强度调制技术（IMRT）; (2) 使用高质量射线(如质子和重离子线)；（3）使用质子调强技术；（4）使用肿瘤射线增敏试剂和辅助热疗；（5）发展针对具体肿瘤的特殊治疗系统，如伽玛刀、賽博刀（CyberKnife）、MammoSite 和GammaPod等等；（6）完善近距放疗系统。近年来，许多国家开始重视质子和重离子线系统的研究与开发，由于生产和维护成本高昂，将来普及程度如何有待进一步临床数据分析。
Tuesday, May 06, 2014
Dallas, Texas, USA
