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1、放射肿瘤学 Radiation Oncology1234一 放射肿瘤学简史 1985. 12. 28 德国维尔兹堡大学 威廉 康拉 伦琴教授 X 射线的发现 1896. 1. 16 拍射人类第一张 X 光片 开创放射诊断学 1897. 维也纳 利奥波克医生 治愈一例良性发痣 开创 X 线疗法 1902. 成功治疗一例患 皮肤癌 的女患者 一位 X 线管技师右手诱发放射性皮肤癌 被迫截肢 1913. 美国制造库利奇热阴极管 获得可控的 X 射线输出 1920. 200 KV级 X 射线治疗机诞生 1922. 法国巴黎会议 里高得医生报告一组喉癌患者的治疗 结果 确立放射治疗在临床肿瘤学中的地位
2、1932. 在临床实践累积的基础上 库塔医生提出传统的时 间 剂量分割照射方式 51950. 重水型核反应堆 热中子轰击 Co59 获得放射性同位素Co601951. 加拿大 第一台 Co60远距离治疗机 问世 ( 1.25 MV 射线 )1930. 美国物理学家劳伦斯 发明电子回旋加速器1842. 柯斯特 研制成功 20 MV 电子感应加速器1951. 加速器应用于医疗领域 进入超高压 ( 4 18 MV X 射线) 治疗阶段1953. 英国 哈默 史密斯医院 安装行波电子直线家速器1968. 美国 制造驻波型电子直线加速器1953. 美国 海恩克提出后装技术 更新扩展了 近距离治疗的应用1
3、959. 建立 三维适形放射治疗 概念1965. 英国 回旋加速器产生的 快中子 用于治疗头颈部肿瘤6二放射治疗学在现代肿瘤综合治疗中的位置 1. 恶性肿瘤的分布及态势 卫生部 40 个城市、80个县、覆盖一亿人口抽样调查 城市居民首位死亡原因 1975 呼吸系统疾病 1975 脑血管疾病 1985 心脏病 1990 恶性肿瘤7卫生部 中国人口 90 死因构成 呼吸系疾病 22.79 % 恶性肿瘤 17.94 % 心血管疾病 16.89 % 损伤和中毒 10.97 % 心脏病 8.73 % 从 70 到 90 癌症死亡率上升 11.6 %82001 年 我国人口前 5位死亡原因 城市 恶性肿瘤
4、 农村 呼吸系疾病 脑血管病 恶性肿瘤 心脏病 脑血管病 呼吸系疾病 心脏病 损伤和中毒 损伤和中毒9 199019909292 卫生部全国恶性肿瘤死亡调查 27个省、区，74个城市，185个农村 抽样调查 城市前 5 5 位 恶性肿瘤 死亡排序 肺癌 24.43 %24.43 % 肝癌 17.32 %17.32 % 胃癌 17.27 %17.27 % 食道癌 8.55 %8.55 % 结直肠癌 6.20 %6.20 %10世界恶性肿瘤的发病率 50370 / 10 万 年 相当于 1 4 / 1000 人年1985 年 肿瘤新病人数（万）死亡病例数（万） 世界 760 450 中国 160
5、120 发达国家发达国家 365 万万 （11 . 74 亿亿 ） 发展国家发展国家 395 万万 （36 . 76 亿亿 ）2000年 世界 1010 620 中国 190 15011 WHO 世界癌症总体发病的上升趋势 总体年递增率 3 % 其中 胃癌 10.5 % 肺癌 10.4 % 结直肠癌 9.0 % 子宫癌 7.3 % 口腔咽喉癌 6.0 %12 中国恶性肿瘤的发病率及死亡率 （ 1985 卫生部 1/10 万年 ） 总计 男性 女性 性别比 发病率 （143143） 149.40 137.80 1.09149.40 137.80 1.09 死亡率 108.28108.28 134
6、.91 80.04 1.69 134.91 80.04 1.6913 2. 中国医学科学院 肿瘤医院 常见恶性肿瘤的综合治疗 5 年生存率 乳腺癌 76.11 % 食道癌 41.60 % 肺癌 37.77 % 鼻咽癌 69.93 % 胃癌 54.81 % 贲门癌 28.29 % 结肠癌 69.33 % 直肠癌 66.12 % 肝癌 40.58 % 宫颈癌 67.55 % 恶性淋巴瘤 54.59 %14 主要恶性肿瘤的综合 5 年生存率 年代 病例数 5 年生存率 19581968 21288 35.91 % 19691979 25404 41.27 % 19801988 15500 52.79
7、 %153. 放射治疗是覆盖面更大的有效的局部控制手段 肿瘤治疗失败死亡析因 局部及区域病变 29 % 局部及远位转移 39 % 远位转移 32 %16 肿瘤治疗后的局部失败和远位转移 远位转移（ % ） 病种 病例数 局部控制 局部失败 乳腺癌 1175 9 12 20 36肺癌 T13N0 708 17 24 67 90头颈部癌 9866 3 29 17 41前列腺癌 A2C 2936 24 41 44 77妇科肿瘤 3491 4 30 46 90直肠癌 B1C3 306 3 32 50 93软组织肉瘤 828 25 47 56 7117 WHO 1998 年报告 目前 45 % 的恶性肿
8、瘤可获治愈 贡献构成 外科外科 22 % 放射放射 18 % 化疗化疗 5 %18 北京、上海、广州、杭州 肿瘤医院的统计资料显示 65 75 % 的恶性肿瘤患者在其 整体治疗的 不同阶段 需要接受 放射治疗放射治疗19 在 100 例门诊接受的肺癌患者中 转归显示 50 例可确定实施开胸手术 其中 30 例实施根治性切除术 20 例仅实施姑息性切除术 或仅为探查术 术前放疗可使约 35 % 不能手术的患者 重获手术切除可能204.我国放射肿瘤学概况 拥有放射治疗设置的医疗单位 1986年 264 (1.7) 1994年 369 (1.2) 1997年 453 21放射治疗设备的拥有量 198
9、6 1994 1997深部X线机 239 194 179Co-60治疗机 224 304 381直线加速器 71 164 286近距离治疗机 78 217 282模拟机 100 170 332治疗计划系统 45 75 177剂量仪 180 215 30222从事放射治疗的医务工作者 1986 1994 1997 医师 1715 2764 3440 物理师 180 423 护士 1062 2361 3094 技术员 1410 2212 224523新病人150万万/年年现症恶性肿瘤病人240万按60%计，需接受放疗144万每台加速器或Co-60治疗机收治500例/年现有的667台设备可治疗33.
10、35万患者仅占需治疗的22%24WHO建议 加速器的人口拥有量23台/百万 美国 8.2 北京 3.02 法国 4.0 上海 1.84 英国 3.4 天津 1.07 中国 0 .24 (包括Co-60治疗机, 0.56）25三、放射肿瘤学的知识构成 临床肿瘤学 放射物理学 放射生物学 临床放射治疗设计 26哺乳动物的辐射致死剂量 36Gy人类全身照射的致死剂量 7Gy 相当于能量传输0.002653焦耳/克组织 对于70kg的人体 相当于传输100卡热量 可使体温上升 0.002oC27四、辐射生物效应原理及放射肿瘤学基本原则1. 射线高能粒子在生物体穿射经迹上的能量沉积射线高能粒子在生物体穿
11、射经迹上的能量沉积 造成细胞关键靶的损伤效应造成细胞关键靶的损伤效应 直接作用：射线线子或次级电子直接造成靶 原子的电离或激发，导致生物学改 变。 间接作用：射线粒子或次级电子与另一原子或 分子相互作用，产生自由基，间接 损伤一定扩散距离内的细胞靶，导 致生物学改变。282930312. 细胞核细胞核DNA双链断裂是辐射引起各种生物效应双链断裂是辐射引起各种生物效应最基本的损伤最基本的损伤 携带遗传信息的核DNA分子的完整性是细胞 正常增殖所必须 DNA双链断裂是辐射所致最关键的损伤 细胞所发生且未能修复的DNA双链断裂均数 与辐射生物效应的严重程度成正比32333435363. 临床分次、连
12、续照射的生物学依据临床分次、连续照射的生物学依据 传统的时间剂量分割方式 每周治疗 5次 每天一次， ( 休息两天 ) 每次照射 200 cGy (2Gy) 连续57周， 完成疗程 放射剂量单位 1Gy (Gray 戈瑞）= 1焦耳/千克（J kg-1) 1Gy = 100 cGy37分割照射所诱导的细胞群体的对应性生物反应过程： 4个R 亚致死损伤的修复 (Repair of SLD) 再增殖 (Repopulation) 周期时相的再分布 (Redistribution within the cell cycle) 肿瘤乏氧细胞的再氧合 (Reoxygenation)3839分次治疗利用正
13、常组织与肿瘤组织上述反应过程的分次治疗利用正常组织与肿瘤组织上述反应过程的不同，从而杀灭肿瘤细胞而使正常组织得以恢复不同，从而杀灭肿瘤细胞而使正常组织得以恢复 A. 肿瘤细胞群体受到的损伤较正常组织为严重， 修复机制残缺； B. 正常组织自稳调控系统启动的增殖加速快于肿 瘤组织； C. 正常组织照射后细胞增殖周期的恢复较肿瘤 组织为快。40414. 贯穿于放射肿瘤学科研和临床治疗的两项基本原则贯穿于放射肿瘤学科研和临床治疗的两项基本原则 最大限度地提高肿瘤局部控制剂量，消灭肿瘤细胞， 同时最大限度地保护周围正常组织和邻近重要器官。 在不造成正常组织严重晚期损伤的前提下，尽可能在不造成正常组织严
14、重晚期损伤的前提下，尽可能 提高肿瘤的局部控制剂量。提高肿瘤的局部控制剂量。 在不造成正常组织严重急性放射反应的前提下，尽在不造成正常组织严重急性放射反应的前提下，尽 量保持疗效而缩短总治疗时间。量保持疗效而缩短总治疗时间。42五、放射治疗设备及治疗方式 1.放射线 Linear energy translation 低LET射线：单位线性长度上的能量转换 100KeV/m 普通X线（X线治疗机）：浅层X线60160KV； 深部X线180400KV Co60线（ Co60治疗机）：平均能量1.25MeV （1.17MeV，1.33 MeV） 高能X线（加速器）：422 MeV X 高能电子束（
15、加速器）：325 MeV E4344454647 高高LET射线：射线：LET100 KeV/ m 快中子（加速器） 14 MeV（PBe）具生物学优势生物学优势 质子束（加速器）：200 MeV布拉格峰分布 负介子（加速器）： P Be, C, 65MeV, 星分布 重粒子束（加速器）：He、C、N、O、Ne等，单核能 量需1000MeV 高高LET射线特点射线特点 A、生物效应对细胞的生物周期依赖性较小 B、生物效应对细胞的氧合状态依赖性较小 C、导致细胞的亚致死性损伤修复更为困难 D、质子束与负介子具有良好的物理剂量分布良好的物理剂量分布 4849502.放射治疗设备放射治疗设备 X线治
16、疗机线治疗机 电子能量（MeV）的转化效率低，2%产生X 线，98%转化为热能； 特征辐射和韧致辐射，后者为连续能谱，需 除低能射线； 能量低（能量低（400KV）深度量低深度量低；易于散射，剂 量分布差； 光电吸收占优势，因而骨吸收剂量远高于软 组 织。 5152Co60治疗机治疗机 穿透力强（穿透力强（1.25MeV），百分深度量高），百分深度量高，剂量分布较均 匀； 剂量剂量 建成效应（建成效应（0.5cm）使皮肤得到保护（build-up region ）； 康普顿吸收占优势，骨和软组织具同等吸收剂量； 角分布锐利，旁向散射小，保护射野边缘外正常组织； 存在几何半影、穿射半影及散射半影
17、问题半影问题（penumbra）； 半衰期半衰期5.27年年，平均月衰变1%，需剂量学的测定校正。5354555657加速器加速器 Linear accelerator电子感应加速器电子感应加速器（涡旋电场加速） 能量高（25MeV），电子束能量可调、 输 出量大； X线输出量相对为低（0.2Gy/min），照射 野相应受到限制（20cm20cm） 技术简单、成本低；体积大，安装困难， 趋于淘汰趋于淘汰。58电子直线加速器电子直线加速器（微波电场加速） 适宜临床需要的能谱，X线线418MeV；E束束420MeV； X线和电子束均有足够的输出量，照射野相应扩大 （40cm40cm） 采用偏转系统
18、，等中心安装；市场主流市场主流； 结构复杂，维护困难，成本昂贵。电子回旋加速器电子回旋加速器（微波激励的超高频电场加速） 能量高（50MeV)，输出量更优，能量可调范围大； 束流传输性能好，可单机多病人同时治疗； 结构简单，体积小，成本低； 具感应加速器的低价位、直线加速器高输出的优点；发展趋向发展趋向。59606162近距离放射治疗设备近距离放射治疗设备 后装治疗机 After-loading set三维适形放射治疗设备三维适形放射治疗设备 螺旋CT、加速器、多叶光栅准直器、 三维立体治疗计划系统；633 .放射治疗方式放射治疗方式 体外远距离照射体外远距离照射 Teletherapy 基础
19、和主流的常规外照射（EBRT， external beam radiation therapy）； 全身（TBI）或半身（HBI）照射； 立体定向（放射外科）放射治疗（SRS， stereotactic radiosurgery ； Gamma-knife）； 三维适形（3DCRT）和强调（IMRT）放射治疗； 3 dimensional conformal radiation therapy intensity modulated radiation therapy 近距离放射治疗近距离放射治疗 Brachytherapy 腔内或管内照射 intracavitary / translumin
20、al radiation 组织间照射 interstitial radiation 术中植管术后照射 组织插植后装照射 放射性粒子永久植入 permanent implants 模治疗（模板或胶膜贴敷治疗） mold technique 开放性同位素治疗开放性同位素治疗 Nonsealed Radionuclide therapy64656667686970717273747576777879808182838485868788894.放射治疗的辅助设施放射治疗的辅助设施 影像学对于放射治疗的重要意义 CT（1971,1976）、MRI（1973,1983）、 PET（1975,1990） ;
21、 放射治疗计划系统（TPS） 模拟定位机，加速器实时显象系统模拟定位机，加速器实时显象系统 (Simulator) 辅助摆位及体位固定装置 模室工作90CT在放射治疗中的应用在放射治疗中的应用 1. 确定身体轮廓及体内脏器部位; 2. 精确划定肿瘤病灶的范围; 3. 明确敏感器官位置并预防护; 4. 照射范围内组织不均一性的校正计算; 5. 三维适形放疗影像立体重建的基础。91 CT 对放射治疗体积的校正对放射治疗体积的校正 报告者报告者 年年 例例 校正率校正率 Tafts 1977 75 45 % Mallincrkrodt 1978 45 20 % Brizel 1979 72 30 %
22、 MGH 1979 77 36 % Royal Marsden 1980 289 26 % 总计总计 558 30 %9293949596979899100101102103104105六六.综合治疗整体中的放射治疗综合治疗整体中的放射治疗 1.单纯放射治疗单纯放射治疗 2.放射治疗和综合治疗放射治疗和综合治疗 降低发病率和死亡率，提高生存率的 途径： 大规模预防、早期诊断、综合治疗综合治疗106合理序贯的综合治疗是现代肿瘤治疗学的大趋势合理序贯的综合治疗是现代肿瘤治疗学的大趋势 术前放疗术前放疗 使不能手术的病人有可能重获手术切除的机会重获手术切除的机会； 使肿瘤缩小，局部情况改善，术手范围
23、趋于缩小术手范围趋于缩小； 消灭微小癌巢及亚临床病灶亚临床病灶； 降低肿瘤细胞活力，减少局部种植和远地转移减少局部种植和远地转移几率； 更好保存术后功能保存术后功能，并不增加手术困难及术后并发 症； 提示肿瘤化疗的敏感性。107术中放疗术中放疗 手术野直视下，残存部位、瘤床及淋巴引流解剖清楚； 某些器官可推移照射野外加以屏蔽； 适宜能量电子束的照射，最大限度减少了正常组织剂量。 只限于单次高量照射，不能给予根治性治疗。术后放疗术后放疗 普遍用于易于手术种植/术后复发，对照射有一定敏感性 的病种； 作为姑息手术或局部残存、局部控制的重要补充治疗 手段； 与手术间隔不宜过长，局部结构及血运情况改变
24、为其不 利因素。108 3 . 放射治疗在保持形体完整和功能维持放射治疗在保持形体完整和功能维持 方面的重要作用方面的重要作用 乳腺癌乳腺癌 上颌窦癌上颌窦癌 直肠癌直肠癌 早期声门癌早期声门癌 软组织肉瘤软组织肉瘤109110111112113114115116117早期乳腺癌局部病灶切除术加放疗与早期乳腺癌局部病灶切除术加放疗与根治术的随机对照研究根治术的随机对照研究 5 年生存率（年生存率（%） 研究组研究组 例数例数 直径直径cm 根治术根治术 局部切除局部切除 NSABP 1219 4 82 84 Gustave 179 2 90 90 Roussy 701 2 91 91 EORTC 874 5 85 85 619 5 82 79 NCI 237 5 85 89118 早期声门癌早期声门癌 放疗局控率放疗局控率 5 年生存率年生存率 （包扩挽救手术）（包扩挽救手术） T 1 8095 % 100 % T 2 6585 % 8094 % 119 4. 放射治疗在晚期癌症改善存活质量方面的作用 七七. 近距离放射治疗近距离放射治疗 八八. 三维适形放射治疗三维适形放射治疗120121122123124125126127128129130131132133134135136
