肿瘤的粒子治疗

粒子植入治疗的基本概念

一、粒子植入方式

1、模板插植

2、B超或CT引导下插植

3、术中直接插植

4、三维立体定向插植

5、借助各种内镜辅助插植

分暂时性插植及永久性插植。前者插植治疗的剂量率一般为5.0-7.0Gy/h，放射源活度在111-370GBq（3.0-10.0Ci），治疗方式多为高剂量率分次照射，使用后装治疗机完成，多需要再次手术取出施源导管。永久性插植剂量率一般为0.05-0.10Gy/h，选择放射性粒子的活度每粒在11.1-37MBq(0.3-1.0mCi)之间，治疗方式为直接靶治疗区内直接植入粒子。

二、粒子植入术语

1、临床靶区（CTV）：可以是一个或多个。按一定的时间剂量模式给予肿瘤临床灶、亚临床灶及肿瘤可能侵犯的范围一定剂量的永久性粒子插植，以其最大径描述靶区的长度、宽度和高度。

2、最小靶剂量（MTD）：临床靶区内所接受的最小剂量，一般位于临床靶区周边。在巴黎系统中为参考剂量，在曼彻斯特剂量系统中约等于90%的处方剂量点范围。

3、平均中心剂量（MCD）：中心平面内相邻放射源之间最小剂量的算术平均值。高剂量区为中心平面内或平行于中心平面的任何平面内的150%平均中心剂量曲线所包括的最大体积。而低剂量区由90%处方剂量曲线包括的任何一个平面中最大体积。

4、照射区（TV）：50%等计量线面所包括的范围。

5、肿瘤区（GTV）：肿瘤临床灶，包括原发病灶、转移灶、转移淋巴结。其中后两种为第二肿瘤区。

6、计划靶区（PTV）：90%处方剂量点范围为治疗计划靶区范围。（或理解为内在靶体积加摆位误差。）

7、处方剂量（PT）：对已确认的靶区所给出的照射剂量。

8、靶剂量：肿瘤得到控制或治愈的肿瘤致死量。肿瘤局部控制率随靶剂量变化而变化，靶区剂量均匀性直接影响肿瘤的局部控制率，取决于对照射野的精心设计，得到较为理想的符合一定要求的靶区剂量分布。实际工作中仍然是做不到的。故不能用整个剂量分布来描述靶区剂量。ICRU（国际辐射单位和计量委员会）第29号报告建议用靶剂量代替肿瘤剂量使用。

9、内在靶体积（ITV）：包括临床靶区或称亚临床灶（CTV）和因生理运动的安全

边界。

10、三维适形放疗（3D-CRT）调强放疗（IMRT）

11、PTV：治疗摆位的误差及器官运动的误差

三、粒子植入的生物学优势

肿瘤有实质细胞（肿瘤细胞）和间质细胞（血管、结缔组织）组成。肿瘤组织对放射治疗的敏感性遵循B-T定律（人体组织对放射线的敏感性与增殖能力成正比，与其分化程度成反比。增殖能力越强的组织对放射线越敏感，分化程度越低的组织越敏感，反之亦然）。

肿瘤组织的放射敏感性受癌基因和抑癌基因的调控。其增植能力、分化能力、再生能力、组织微血管等方面与正常组织不同。部分肿瘤或肿瘤的一部分因空间限制、血供不足而停止增殖，远离血管的细胞层成为乏氧细胞和坏死层，半径超过200um的肿瘤就会出现坏死，乏氧细胞的存在是影响放射敏感性的主要因素。

放射治疗的效果取决于放射生物学原理和放射剂量—生物学效应的量效关系。DNA损伤、断裂是放射线对细胞作用的关键，DNA单链或双链断裂（比值约100：4），前者可以修复。正常组织放射损伤后坏死灶周围的正常组织迅速再生修复，肿瘤组织中无再生现象，坏死肿瘤细胞迅速被吸收，生存下来的残存肿瘤细胞继续无限制增殖，再构筑肿瘤组织，周期约2-7D。

细胞的放射损伤分1、致死性损伤；2、亚致死性损伤；3、潜在致死性损伤。

1、致死性损伤是指不可修复的损伤，细胞完全丧失了分裂增殖的能力。

2、潜在致死性损伤是指正常状态下受照射后应当死亡的细胞，如果环境条件适宜，损伤修复后可以造成细胞的再存活，如果没有适宜的环境条件则转化为不可逆的损伤，从而丧失分裂能力最终导致死亡。

3、亚致死性损伤是指受照射后细胞的部分损伤，细胞DNA单链断裂，对细胞的死亡影响不大，损伤可修复，修复时间30min-数h。低线性能量传递（LET）的射线能造成亚致死性损伤，高线性能量传递的射线对细胞无亚致死性损伤。氧合状态好的细胞比乏氧环境的细胞对亚致死性损伤的修复能力好。增殖的细胞具备细胞损伤的修复能力，未增殖的细胞没有亚致死性损伤的修复。

肿瘤细胞组织无节制的增殖。细胞增殖周期：S 期（DNA合成期）--G2期（S 与M间期）--M期（分裂期）--G1期（M与S间期）-G0期（休止期）-S期。M 期放射治疗敏感性最高，S期放射治疗敏感性最差。如分裂期即M期延缓，则G2期最敏感。受照射后，处于放射敏感时相（G2-M期）和非敏感时相比例从新分配后续持续照射可以使肿瘤细胞的损伤效应累计叠加，增殖期细胞死亡，静止期细胞进入敏感期（G2-M期），延长了细胞周期，则G2-M期总照射剂量相应得到提高，有助于射线对肿瘤细胞的杀伤效果，提高放射敏感性。

细胞受照射损伤后的再修复、再增殖、细胞周期的再分布及肿瘤内乏氧细胞的再氧合影响了肿瘤和正常组织辐射生物效应。细胞受照射后出现两类细胞损伤：1、α损伤（致死性损伤）；2、β损伤（亚致死性损伤和潜在致死性损伤）。细胞受一定照射剂量（D，单位cGy）后，αβ比值越大，细胞受照射后修复亚致死性损伤的能力越低，反之亦然。

四、粒子植入的剂量分布：为不均匀性剂量分布（治疗范围内剂量不可能均匀）。因放射源周围剂量梯度变化大，源表面的剂量最高，随着距离的增加，剂量梯度的变化为1-2cm减少4倍，3-4cm减少1.8倍。放射源移开正常组织2-4cm，参考点吸收剂量可以减少80-93%。所以在治疗范围内剂量分布不均，也即粒子植入治疗是在不均匀剂量率模式下的照射，而只能实现（理想）靶区的高度适形，或在不同的剂量区域范围内达到±5%的剂量分布。无论采用何种规则布源、选择哪种优化方案进行计量学方面的处理，粒子植入均不能达到近似外照射一样的均匀性剂量分布。

五、平方反比定律：放射源周围的剂量分布变化是按照与放射源距离的平方反比方式下降。不受辐射能量的影响，剂量参考点距离放射源越远剂量差异就越大，靶区剂量差异越大。影响放射性粒子插植时的剂量分布的另一个主要因素为组织的不均匀性。不同位置、体积的肿瘤，应根据其个性化不同制定不同的治疗计划。临近水和脂肪者照射源剂量变化较少，约为25-40%，临近骨骼者剂量变化增加