肿瘤放射治疗的历史与发展
肿瘤放射治疗的历史与发展
李晔雄,汪
华
(中国医学科学院肿瘤医院,北京100021)
TheEvoluationofRadiationOncology
LIYe-xiong,WANGHua
摘要:放射治疗是恶性肿瘤的三大主要治疗手段之一。文章综述了放射治疗在恶性肿瘤治疗中的地位及发展现状和趋势,以及新的放疗技术对临床治疗的影响。关键词:肿瘤;放射疗法;历史;发展
中图分类号:R730.55文献标识码:A文章编号:1004-0242(2008)09-0775-05
放射治疗已有一百多年的历史,是恶性肿瘤的三大治疗手段之一。据国内外文献统计,约50% ̄
的新时代。1957年在美国安装了世界上第一台直线加速器,标志着放射治疗形成了完全独立的学科,
70%的恶性肿瘤患者需要接受放射治疗。按治疗目
辅助性放疗和姑息性放疗。近的,分为根治性放疗、
代肿瘤放射治疗的发展是建立在临床放射肿瘤学、放射物理学及放射生物学基础上的。最近十多年,随着计算机技术广泛应用,影像学及仪器设备的进步,放射治疗得了迅速发展。本文综述放射治疗的历史,在恶性肿瘤治疗中的地位及发展现状和趋势,以及新的放疗技术对临床治疗的影响。
1959年Takahashi教授提出了三维适形概念。20世
纪50年代开始应用高能射线大面积照射霍奇金淋巴瘤,使其成为可治愈的疾病。70年代随着计算机的应用和CT、MRI的出现,制造出三维治疗计划系统和多叶光栅,实现了三维适形放疗,放射治疗学进入了从二维到三维治疗的崭新时代。80年代出现了多叶光栅,可调节X射线的强度,开创了调强放射治疗(IMRT)。最近十年,广泛开展了立体定向放射外科、三维适形放疗(3-dimentionalconformalradio-调强适形放疗(intensitymodulatedtherapy,3D-CRT)、
radiotherapy,IMRT)和图象引导放疗(image-guidedradiotherapy,IGRT)等新技术。
在我国,1949年解放时,全国在北京、上海、广州及沈阳等地约有5家医院拥有放射治疗设备。
中华放射1986年中华放射肿瘤学会成立,出版了《
肿瘤杂志》。1986年全国有放射治疗的医院有264家,从事放射治疗的专业医务人员4679人,其中专业医师1715人,直线加速器71台,钴60远距离治疗机224台。2006年统计全国拥有放射治疗单位
1
放射治疗的历史
1895年伦琴发现了X线,1896年即用X线治疗了第1例晚期乳腺癌。1896年居里夫妇发现了镭,1913年研制成功了X线管,可控制射线的质和量,1922年生产了深部X线机。1923年首次在治疗计划中应用等剂量线分布图,1934年应用常规分割照射,沿用至今。1936年Moottramd等提出了氧在放射敏感性中的重要性。20世纪30年代建立了物理剂量单位———伦琴,1951年制造了钴60远距离治疗机和加速器,开创了高能X线治疗深部恶性肿瘤
收稿日期:2008-05-20
中国肿瘤2008年第17卷第9期
952家,从事放射治疗的专业医务人员达18992人,其中医师5247人,直线加速器918台,钴60远距
775专题报道
离治疗机472台[1,2]。目前我国能制造中低能直线加速器、钴60远距离治疗、常规模拟定位机、后装近距离治疗机、剂量仪、治疗计划系统及立体定向放射治疗设备等。
低正常组织照射剂量,可以降低毒副作用,达到保护重要器官的目的,如鼻咽癌、头颈部肿瘤、头颈部淋巴瘤、胰腺癌、肝癌、颅内肿瘤等的治疗;第三,新技术的应用改变了某些肿瘤的分割照射模式,可以提高单次照射剂量,进行大分割照射;第四,扩大了放疗的适应证,某些在临床上不能用常规照射实施治疗的肿瘤可以通过调强适形放疗来完成,如直肠癌根治术后放疗后局部复发、肝转移瘤、腹盆腔淋巴结转移等的治疗。
2
放射治疗在治疗恶性肿瘤中的地位
放射治疗是恶性肿瘤的三大治疗手段之一,
Tubiana等在1999年报道,45%的恶性肿瘤可治愈。其中手术治愈22%,放射治疗治愈18%,化学药物治疗治愈5%。1973年统计了北京、上海、广州及杭州四家肿瘤医院治疗的病人中,其中65% ̄75%的患者在病程中接受过放射治疗。在美国每年约有60%
的癌症患者接受过放疗。
放射治疗为主要治疗手段可以根治的疾病包括鼻咽癌、头颈部肿瘤、前列腺癌、恶性淋巴瘤、宫颈癌、精原细胞瘤、肛管癌、皮肤鳞癌、肺癌和食管癌等,部分良性或低度恶性肿瘤也可以通过放射治疗侵袭性纤维瘤病、朗格罕达到根治,如骨巨细胞瘤、
氏组织细胞增生症和疤痕等。某些恶性肿瘤通过放疗和手术、化疗综合治疗,可以提高疗效,同步放化疗在部分恶性肿瘤的治疗中已成为标准治疗原则。随着放疗新技术的应用,放疗的适应证更为广泛和有效。
3.1提高肿瘤照射剂量和提高生存率
放射治疗是前列腺癌和鼻咽癌等恶性肿瘤的根
治性治疗手段。放疗是局限早期前列腺癌的根治性治疗手段之一,放疗和激素综合治疗提高了局部晚期前列腺癌的局部控制率和生存率。常规三野或四野照射时,受周围正常组织直肠和膀胱照射剂量的限制,只能给与DT70Gy的外照射。三维适形放疗和调强适形放疗的开展,提高了肿瘤局部控制率和无生化复发生存率,但未增加正常组织毒副作用。
3.1.1照射剂量对局部控制率的影响
前列腺癌放射治疗剂量和肿瘤局部控制率的相
关性在临床研究中得到了证实,美国纽约Sloan-Ket-
tering癌症中心(MSKCC)建立了前列腺癌照射剂量
和肿瘤局部控制率线性关系。前列腺癌三维适形放射治疗后≥2.5年做前列腺活检,肿瘤照射剂量从
3
放射治疗进展
调强适形放疗(IMRT)和图象引导放疗(IGRT)
是最近几年开展的放射治疗新技术,调强适形放疗以计算机新技术应用为背景,先进的仪器设备为依托,在临床上通过调节剂量强度分布,使照射剂量范围最大限度地适合于肿瘤形状,使肿瘤得到最大照射剂量,而正常组织照射剂量最小,有效地保护了正常组织,提高肿瘤治疗的增益比。IMRT和IGRT的
逆向调强治疗计划系统、开展需要CT模拟定位机、
带多叶光栅的直线加速器、网络系统和调强治疗计划验证系统等先进的仪器设备。需要临床医师、放射物理师、技师等各方面的人员参与。
从临床角度,通过IMRT和IGRT,可实现下列
目的,并在临床研究中得到了证实。第一,提高肿瘤照射剂量,达到提高局部控制率和生存率的目的,例如前列腺癌、鼻咽癌和头颈部肿瘤的治疗;第二,降
64.8Gy增加至81.0Gy,活检阴性率从48%增加到
在分化差94%,随着剂量的增加,局部控制率增高[3]。
的局部晚期前列腺癌(T3 ̄4N0 ̄2M0),常规外照射75.6Gy和67.2Gy比较,高剂量照射提高了局部控制率,5年局部控制率分别为94%和64%,8年局部控制率为84%和19%(P=0.0014)[4]。
最近应用IMRT治疗鼻咽癌的结果显示,局部控制率达到90%以上,和常规照射照射局部控制率70% ̄80%比较,IMRT显著提高了局部控制率。3.1.2照射剂量对生存率的影响
在前列腺癌的治疗中,应用三维适形放疗、IM-RT和IGRT技术,使肿瘤可以得到高于常规70Gy的照射,最高照射剂量已达到86Gy。照射剂量的提高,显著改善了病人的无生化失败生存率(bNED)。
目前已有4项随机对照研究证明,高剂量照射
提高了局限期前列腺癌的无生化失败生存率。在
M.D.Anderson癌症中心开展的前瞻性随机研究中,301例T1 ̄3前列腺癌分别接受70Gy常规照射或
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专题报道776
78Gy照射(常规+三维适形放疗),6年无PSA复发生存率分别为64%和70%(P=0.03)[5]。在PROG95-09的随机对照研究中,392例T1b ̄2bN0M0,PSA≤15ng/ml,接受质子和光子混合照射,分别为70.2GyE和79.2GyE,5年的无生化进展生存率分别为61.4%和80.4%(P<0.001)。最近,荷兰的一项随机对照研究(CKVO96-10)显示,669例T1b ̄4N0M0的病人分别接受68Gy常规照射和78Gy常规+调强放疗,5年的无病生存率从54%提高到64%(P=0.01)[6 ̄10]。
鼻咽癌IMRT可以使原发肿瘤区得到更高的照射剂量,局部控制率有所提高,3~4年局部控制率>90%,3 ̄4年总生存率达82%以上,但对长期生存的影响有待进一步随诊(表1)。
OncologyGroup,放射肿瘤研究组)口干从85.7%降低至46.4%(P=0.002),1年时2~4度RTOG口干从82.1%降低至39.3%(P=0.001)。在另外一项研究中,55例T2N0 ̄1M0鼻咽癌同样接受面颈联合野和IMRT照射,IMRT使腮腺流量从9.5%提高到83.3%,生存
质量得到明显提高[11,12]。
前列腺癌的适形放疗或IMRT能提高肿瘤照射剂量,降低了直肠或膀胱的毒副作用。FoxChase癌症中心报道三维适形放疗和常规放疗比较,2级胃肠和泌尿道毒副作用分别有34%和57%(P<0.001)[13 ̄17]。
Dearnaley等的随机分组显示,适形放疗或常规照射64Gy,晚期2级直肠毒性分别为5%和15%(P=
0.01)。Zelfsky等用三维适形或IMRT治疗1100例
T1c ̄3期前列腺癌,肿瘤剂量以5.4Gy为剂量梯度从64.8Gy增加到86.4Gy。三维适形放疗
表1鼻咽癌IMRT的治疗结果
时,照射剂量和直肠毒性有关,64.8~70.2Gy
中位随访疗效
作者时间例数OS(%)LCR(%)DMFS(%)DFS(%)
和75.6~81Gy病人在5年时2度直肠毒性分(月)(年)
别为5%和14%(P<0.001)。调强适形放疗进Lee20016731488.0-6691(LPF)
Liu20038317382.0--61一步降低了直肠照射剂量[18],Zelefsky等报道Kwong200433243100.0-82-Wolden20057435383.0917867(LRPF)3D-CRT和IMRT直肠壁接受75Gy照射体积Kam20046329390.07992(LFS)-
分别为14%和9%(P<0.001),而且IMRT显著Kwong20065025292.194.293.195.7
袁智勇20067610292.095-86改善了PTV剂量(81Gy)。61例病人应用常规赵充200612220385.193.2-85.6赵充200613919386.6-81-六野适形放疗81Gy,189例应用IMRT潘建基20069112297.192.5--
81Gy,3年2度直肠毒性发生率分别14%和何侠200624132100.0100(LPF)--
OS:总生存率;LCR:局部控制率;DMFS:无远处转移生存率;DFS:无病生存率2%(P<0.001)[19]。
在早期乳腺癌保留乳腺手术后,目前有
降低正常组织毒副作用
应用IMRT和IGRT技术,可以更好地保护周围
两项随机研究显示,IMRT技术可以显著降低局部皮肤湿性反应,并降低远期并发症,提高美容效果[20,21]。
3.2
正常组织,降低正常组织毒副作用。
头颈部恶性肿瘤是IMRT的最主要适应证。由于头颈部结构复杂,肿瘤邻近重要的周围正常组织如脊髓、脑干、眼球、视交叉和腮腺等,提高照射剂量受到周围正常组织耐受剂量的限制。常规照射后,腮腺等重要器官受到照射,出现严重口干等症状,影响生存质量。鼻咽癌IMRT和常规照射或三维适形照射比较,显著降低了腮腺的照射剂量,长期毒副作用,如口干,明显减轻,生活质量得到明显提高。香港的两项随机对照研究证明了上述结论。Kam等报道,56例T1 ̄2N0 ̄1M0鼻咽癌行根治性放疗,随机接受
3.3改变分割照射模式
IMRT和IGRT使照射更加精确,在提高照射剂
量的同时,未增加或降低了正常组织的毒副作用,使大分割照射成为可能。大分割照射和常规分割照射比较,单次照射剂量提高,治疗时间缩短,节约了资源。
在局限期前列腺癌,2.5~2.75Gy/次大分割照射和常规分割照射(2Gy/次)比较,疗效相同,毒副作用未增加。加拿大的随机对照研究显示,T1 ̄2N0M0前列腺癌分别接受总量66Gy/(33次・45d)(单次剂量
IMRT和面颈联合野照射(常规照射),DT66Gy,IMRT使腮腺平均照射剂量从61.5Gy降低到32.2Gy(P<0.0001)。6周时2~4度RTOG(RadiationTherapy
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2Gy,470例)和52.5Gy/(20次・33d)(大分割,
2.625Gy/次,466例)照射,5年无进展生存率分别为53%和60%,总生存率分别为87.6%和85.2%。在另外一项澳大利亚的研究中,120例T1 ̄2N0M0接受64Gy/(32次・6.5w)(单次剂量2Gy)和55Gy/(20次・
777专题报道
4w)(大分割,2.75Gy/次)照射,4年无病生存率分别为85.5%和86.2%。
乳腺癌保乳手术后的大分割照射取得到了和常在规分割照射同样的效果,正常组织毒副作用相似。英国MRC的研究中,乳腺癌保留乳房手术后分别
接受50Gy/(25次・5w)(单次剂量2Gy,465例)、
照射剂量,减少周围正常组织照射剂量。进而提高了局部控制率及生存率,改善了生存质量,肿瘤在照射过程中体积及位置的变化,摆位误差,器官运动特别是呼吸运动带来肿瘤位置的变化,给精确治疗造成困难。随之而发展起来的图像引导下放疗(IGRT),剂量引导放射治疗及自适应放射治疗可较好地减少各种治疗误差。随着分子和功能影像的发展如PET/
39Gy/(13次・5w)(大分割3Gy/次,456例)和42.9Gy/(13次・5w)(大分割3.3Gy/次,459例)照射,10年的同侧肿瘤复发率分别为12.1%、14.8%和9.6%,39Gy和42.9Gy比较有显著差别(P=0.027),而毒副作用未见差别。另一项EORTC的研究中,1234例早期
乳腺癌接受保留乳房手术后的放射治疗,分别接受
CT,fMRI和MRS,通过分辨肿瘤内生长活跃区域、
坏死区或乏氧区,进而给予不同的照射剂量,使生物调强放疗成为未来发展方向。与此同时,深入了解肿瘤细胞的分子特点和微环境,发展新的放射治疗策表皮生长因子抑制剂和略,例如:抗血管生成治疗、
放射治疗的结合,DNA修复抑制剂也可选择性提高肿瘤细胞的放射敏感性,其结果值得期待。
50Gy/(25次・35d)(单次剂量2Gy,622例)和42.5Gy/
(16次・22d)(大分割2.656Gy/次,612例)照射,5年的无局部复发生存率分别为96.8%和97.2%,无病生存率和总生存率两组同样无统计学差别。随诊5
年时,乳房美容效果达到很好和好的比例分别为
参考文献:
[1][2]
殷蔚伯,余子豪.肿瘤放射治疗学[M].北京:中国协和医科大学出版社,2008.1-3.
77.4%和76.8%(P=0.78)[22 ̄29]。
在早期肺癌(T1 ̄2N0M0),大分割的立体定向放射治疗可以取得和手术治疗同样的疗效。分割剂量在12~20Gy/次,共4~6次。国际上正在开展随机对照研究。3.4治疗常规照射技术不能实施的肿瘤
IMRT技术使不同靶区接受不同的照射剂量,
可以同时实行补量照射。照射野内不同靶区接受不同的分次剂量,例如鼻咽癌原发灶可以接受2~2.4Gy或更高的分次剂量,而颈部得到相对低的分次剂量(1.5~2Gy)。这样,GTV和预防照射区接受不同的总照射剂量,应用面颈部全程调强技术,一次完成鼻咽和颈部照射。在另外一些肿瘤,如存在多靶区的情况下,IMRT可以覆盖多个靶区,使靶区剂量分布均匀。例如,前列腺癌存在腹腔淋巴结转移和临近位置肝转移时,应用IMRT技术可同时照射两个靶区。肿瘤临近重要器官如胸腰椎的骨巨细胞,可以应用IMRT技术,使肿瘤得到高剂量照射,而脊髓在耐受剂量以下。
YinW,ChenB,TianF,etal.Thegrowthofradiationon-cologyinmainlandChinaduringthelast10years[J].IntJ
RadiatOncolBiolPhys,2008,70(3):795-798.
[3]
LevegrunS,JacksonA,ZelefskyMJ,etal.Analysisofbiopsyoutcomeafterthree-dimensionalconformalradia-tiontherapyofprostatecancerusingdose-distributionvariablesandtumorcontrolprobabilitymodels[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,2000,47(5):1245-1260.
[4]
ZagarsGK,PollackA,vonEschenbachAC.Prognosticfactorsforclinicallylocalizedprostatecarcinoma:analysisof938patientsirradiatedintheprostatespecificantigenera[J].Cancer,1997,79(7):1370-1380.
PollackA,ZagarsGK,SmithLG,etal.Preliminaryresultsofarandomizeddoseescalationstudycomparing70Gyto78Gyforthetreatmentofprostatecancer[J].JClinOncol,2000,18(23):3904-3911.
[5]
[6]
ZelefskyMJ,LeibelSA,GaudinPB,etal.Doseescalationwiththree-dimensionalconformalradiationtherapyaffectstheoutcomeinprostatecancer[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,1998,41(3):491-500.
ZelefskyMJ,FuksZ,HuntM,etal.Highdoseradiationdeliveredbyintensitymodulatedconformalradiotherapyimprovestheoutcomeoflocalizedprostatecancer[J].JUrol,2001,166(3):876-881.
HanksGE,HanlonAL,PinoverWH,etal.Survivalad-vantageforprostatecancerpatientstreatedwithhigh-dosethree-dimensionalconformalradiotherapy[J].CancerJSci
中国肿瘤2008年第17卷第9期
4
展望
[7]
放疗将在肿瘤治疗中起越来越重要的作用,基于计算机及影像学技术的发展,放射治疗有了飞速调强放发展,从常规二维放疗发展到三维适形放疗、疗及四维放疗。在放射物理方面,已能做到提高肿瘤
[8]
专题报道778
Am,1999,5(3):152-158.[9]
RoachIIIM,MeehanS,KrollS,etal.Radiotherapyforhighgradeclinicallylocalizedadenocarcinomaoftheprostate[J].JUrol,1996,156(5):1719-1723.
[10]LeibelSA,HanksGE,KramerS.Patternsofcareout-
comesstudies:resultsofthenationalpracticeinadeno-carcinomaoftheprostate[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,1984,10(3):401-409.
[11]KamMK,LeungSF,ZeeB,etal.Prospectiverandomized
studyofintensity-modulatedradiotherapyonsalivaryglandfunctioninearly-stagenasopharyngealcarcinomapatients[J].JClinOncol,2007,25(31):4873-4879.[12]PowEH,KwongDL,McMillanAS,etal.Xerostomiaand
qualityoflifeafterintensity-modulatedradiotherapyvs.conventionalradiotherapyforearly-stagenasopharyngealcarcinoma:initialreportonarandomizedcontrolledclini-caltrial[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,2006,66(3):981-991.
[13]SandlerHM,McLaughlinPW,TenHakenRK,
etal.
Threedimensionalconformalradiotherapyforthetreat-mentofprostatecancer:lowriskofchronicrectalmorbid-ityobservedinalargeseriesofpatients[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,1995,33(4):797-801.
[14]SchultheissTE,LeeWR,HuntMA,etal.LateGIandGU
complicationsinthetreatmentofprostatecancer[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,1997,37(1):3-11.
[15]BenkVA,AdamsJA,ShipleyWU,etal.Laterectal
bleedingfollowingcombinedx-rayandprotonhighdoseirradiationforstagesT3-T4prostatecancer[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,1993,26(3):551-557.
[16]LeeWR,HanksGE,HanlonAL,etal.Lateralrectal
shieldingreduceslaterectalmorbidityfollowinghighdosethree-dimensionalconformalradiationtherapyforclinical-lylocalizedprostatecancer:furtherevidenceforasignifi-cantdoseeffect[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,1996,35
(2):251-257.
ClinOncol,1999,17(2):517-522.
[20]VeronesiU,BanfiA,DelVecchioM,etal.Comparisonof
Halstedmastectomywithquadrantectomy,axillarydissec-tion,andradiotherapyinearlybreastcancer:long-termre-sults[J].EurJCancerClinOncol,1986,22(9):1085-1089.[21]VeronesiU,SalvadoriB,LuiniA,etal.Conservative
treatmentofearlybreastcancer.
Long-termresultsof1,
232casestreatedwithquadrantectomy,axillarydissection,andradiotherapy[J].AnnSurg,1990,211(3):250-259.[22]VeronesiU,CascinelliN,MarianiL,etal.Twentyyear
follow-upofarandomized
studycomparingbreastcon-
servingsurgerywithradicalmastectomyforearlybreastcancer[J].NEnglJMed,2002,347(16):1227-1232.[23]ArriagadaR,LeMG,RochardF,etal.Conservativetreat-
mentversusmastectomyinearlybreastcancer:patternsoffailurewith15yearsoffollow-updata.InstitutGustave-RoussyBreastCancerGroup[J].JClinOncol,1996,14
(5):1558-1564.
[24]FisherB,AndersonS,RedmondCK,etal.Reanalysisand
resultsafter12yearsoffollow-upinarandomizedclinicaltrialcomparingtotalmastectomywithlumpectomywithorwithoutirradiationinthetreatmentofbreastcancer[J].NEnglJMed,1995,333(22):1456-1461.
[25]FisherB,RedmondC,PoissonR,etal.Eightyearresults
ofarandomizedclinicaltrialcomparingtotalmastectomyandlumpectomywithorwithoutirradiationinthetreat-mentofbreastcancer[J].NEnglJMed,1989,320(13):822-828.
[26]FisherB,BauerM,MargoleseR,etal.Five-yearresultsof
arandomizedclinicaltrialcomparingtotalmastectomyandsegmentalmastectomywithorwithoutradiationinthetreatmentofbreastcancer[J].NEnglJMed,1985,312
(11):665-673.
[27]JacobsonJA,DanforthDN,CowanKH,etal.Ten-yearre-
sultsofacomparisonofconservationwithmastectomyinthetreatmentofstageⅠandⅡbreastcancer[J].NEnglJMed,1995,332(14):907-911.
[28]vanDongenJA,VoogdAC,FentimanIS,etal.Long-term
resultsofarandomizedtrialcomparingbreast-conservingtherapywithmastectomy:EuropeanOrganizationforRe-searchandTreatmentofCancer10801trial[J].CancerInst,2000,92(14):1143-1150.
[29]vanDongenJA,BartelinkH,FentimanIS,etal.Factors
influencinglocalrelapseandsurvivalandresultsofsal-vagetreatmentafterbreast-conservingtherapyinoperablebreastcancer:EORTCtrial10801,
breastconservation
comparedwithmastectomyinTNMstageⅠandⅡbreastcancer[J].EurJCancer,1992,28A(4-5):801-805.
JNatl
[17]HanksGE,SchultheissTE,HuntMA,etal.Factorsinflu-
encingincidenceofacutegrade2morbidityinconformalandstandardradiationtreatmentofprostatecancer[J].IntJRadiatOncolBiolPhys,1995,31(1):25-29.
[18]DearnaleyDP,KhooVS,NormanAR,etal.Comparison
ofradiationside-effectsofconformalandconventionalra-diotherapyinprostatecancer:
arandomisedtrial[J].
Lancet,1999,353(9149):267-272.
[19]ZelefskyMJ,WallnerKE,LingCC,etal.Comparisonof
the5-yearoutcomeandmorbidityofthree-dimensionalconformalradiotherapyversustransperinealpermanentio-dine-125implantationforearly-stageprostaticcancer[J].J
中国肿瘤2008年第17卷第9期
779专题报道