医用放射治疗设备新进展北京医疗器械研究所 赵洪斌 王小韵北京市北三环中路2号，100011摘 要：放射治疗（Radiation therapy）是利用放射线治疗各种肿瘤的临床方法。
放射治疗与外科手术治疗、化学药物治疗是现代临床治疗肿瘤的三大手段。
国际卫生组织（WTO）的统计数据表明：（1）70%左右的肿瘤患者需要接受放射治疗；（2）肿瘤治愈率45%中，手术治疗贡献为22%，放射治疗为18%，化疗为5%。
因此，放射治疗在肿瘤治疗中所起的作用是不可替代的。
近十几年，临床放射医学提出了避免照射和提高肿瘤局部控制率的新要求，为适应临床医学的新要求，以医用电子直线加速器为代表的外照射放疗设备呈现出前所未有的技术快速提升，设备不断推陈出新的发展态势。
概括总结其技术发展历程为：上世纪80年代以前的常规放疗，90年代初的立体定向治疗，90年代中期的适形放射治疗，90年代末期的适形调强放射治疗，以及当今的图象引导放射治疗。
以医用电子直线加速器为代表的国产放疗设备事业经过30年的磨砺，在国内市场的激烈竞争中取得了令人瞩目的成绩，国际一流水准的产业化基地相继建成标志着国产放疗设备事业已经进入成熟发展阶段。
1．放射治疗分类（1） 按射线源类型分类放射治疗使用的放射源主要有三类：①放射性核素产生的α、β、γ射线；②电子加速器产生的不同能量的X射线和电子束；③重离子加速器产生的质子束、中子束、π- 介子束和其它重粒子束等。
（2） 按照射方式不同分类临床治疗上，上述放射源以三种基本照射方式进行治疗：①体外远距离照射（简称体外照射）（External Irradiation）,放射源位于患者体外一定距离，集中照射身体某一部位，如图1所示；②近距离照射（Brachytherapy）,包括腔内照射、组织间照射等。
将放射源密封后直接放入被治疗的组织内或放入人体的天然腔内，如舌、鼻、咽、食管、宫颈等部位进行照射，如图2、3、4所示；③内照射（Internal Irradiation），是用液态放射性核素经口服或静脉注射进入患者体内，这些核素被病变组织选择性吸收，对特定组织进行照射，如用碘-131治疗甲状腺癌、磷-32治疗癌性胸水等。
内照射又称为内用核素治疗。
能够产生符合临床放射治疗要求的设备统称为放射治疗设备（The Equipment of Radiotherapy）。
图1 体外远距离照射（External Irradiation）图2头颈部近距离照射（Brachytherapy）图3脑、乳腺、卵巢近距离照射（Brachytherapy）图4前列腺近距离照射（Brachytherapy）2．推动放射治疗技术发展的临床医学要求（1） 放射治疗在肿瘤治疗中的地位国际卫生组织的统计数据显示，放射治疗在肿瘤治疗中有着不可替代的作用。
在肿瘤治愈率45%中，放射治疗的贡献为18%，即相对贡献率为40%。
（2） 避免照射和提高肿瘤局部控制率的新要求与传统的放射治疗概念不同，避免照射的概念首先强调的是对人体内正常组织的保护，即在确保最大限度保护人体正常组织或器官的条件下，摧毁人体内的肿瘤病灶。
事实上，许多人体正常组织或器官相对肿瘤病灶而言，对射线更敏感，如表1所列。
通过表1和表2的比较，可以看出，对外照射X射线而言，如果不能有效地保护射线入射路径上那些正常的人体组织，当肿瘤病灶（靶区）的剂量达到致死剂量时，那些正常的人体组织已经被严重损伤。
提高肿瘤局部控制率的途径主要是提高靶区的剂量，如图5所示，当靶区剂量从65cGy提高到80cGy以上，肿瘤局部控制率则从低于50%上升到90%以上。
避免照射和提高肿瘤局部控制率这两方面的要求，对X射线外照射技术来讲，是一种相互矛盾的限制，要同时满足这两方面的要求，在技术上无疑是个突破。
传统观念认为：由于X射线在物质中的穿透特性在建成区后单调下降，而质子或重离子射线则存在Bragg峰，如图7所示，因此，外照射X 射线在人体内产生的三维剂量场分布远不及质子或重离子射线。
然而，80年代兴起的脑部立体定向放射治疗技术(Stereotactic Radiosurgery-SRS)，以及近年发展成熟的三维适形调强放射治疗技术(3D Conformal Intensity Modulation Radiothearpy-IMRT)，从剂量学角度看，已经完全突破了传统观念对MV级X射线外照射的认识。
图6显示了IMRT与传统治疗副作用产生几率的比较，可以看出IMRT明显降低了病人放疗副反应发生的几率，很大程度上提高了病人的生存质量。
表1 不同正常组织的放射耐受量(10 Gy/5次/周)器官损伤1~5%(TD5/5) 25~30%(TD50/5) 照射野面积或长度皮肤溃疡、严重纤维化55Gy 70Gy 100cm²口腔粘膜溃疡、粘膜发炎60Gy 75Gy 50cm²食管食管炎、溃疡、狭窄60Gy 75Gy 75cm²胃溃疡、穿孔、出血45Gy 55Gy 100cm²小肠溃疡、穿孔、出血50Gy 65Gy 100cm²结肠溃疡、狭窄45Gy 65Gy 100cm²直肠溃疡、狭窄60Gy 80Gy 100cm²唾液腺口腔干燥50Gy 70Gy 50cm²肝脏急、慢性肝炎25Gy 40Gy 全肝肝功能衰竭35Gy 45Gy 全肝肾脏急、慢性肾炎20Gy 25Gy 全肾膀胱挛缩60Gy 80Gy 全膀胱全睾丸(0.05Gy/天，散射) 睾丸永久不育1Gy 4Gy卵巢永久不育2Gy~3Gy 6.25Gy~12Gy 全卵巢乳腺不发育10Gy 15Gy 全乳肺急、慢性肺炎30Gy 35Gy 100cm²25Gy 全肺15Gy心脏心包炎、全心炎45Gy 55Gy 60% 骨及软骨(儿童) 生长受阻10Gy 30Gy 整块骨或10cm²(成人) 坏死、骨折、硬化60Gy 100Gy 整块骨或10cm²脑梗塞坏死60Gy 70Gy 全脑梗塞坏死70Gy 80Gy 25% 脊髓梗塞坏死45Gy 55Gy 10cm长眼全眼炎、出血55Gy 100Gy 全眼晶体白内障5Gy 12Gy 全部或部分甲状腺功能低下45Gy 150Gy 全甲状腺垂体功能低下45Gy 200Gy~300Gy 全垂体表2 不同肿瘤的根治剂量肿瘤剂量 精原细胞瘤，急性淋巴细胞白血病 20Gy~30Gy 精原细胞瘤，Wilm’s 瘤，神经母细胞瘤30Gy~40Gy 霍奇金病，非霍奇金淋巴瘤，精原细胞瘤，组织细胞瘤40Gy~45Gy 皮肤癌 (基底和鳞状细胞癌)，淋巴结转移癌，宫颈和头颈部的鳞状细胞癌，胚胎癌，乳腺癌术后，卵巢癌，髓母细胞瘤，视网膜母细胞瘤，Ewing’s 瘤，无性细胞瘤 50Gy~60Gy喉癌 (<1cm)，乳腺癌 (肿块局部切除)60Gy~65Gy 口腔癌 (<2cm ，2cm~4cm)，口、鼻、喉、咽癌，膀胱癌，宫颈癌，宫底癌，卵巢癌，淋巴结转移癌 (1cm~3cm)，肺癌 (<3cm)70Gy~75Gy 头颈癌 (>4cm)，乳腺癌 (>5cm)，胶质母细胞癌 (胶质瘤)，成骨肉瘤 (骨肉瘤)，黑色素瘤，软组织肉瘤 (>5cm)，甲状腺癌，淋巴结转移癌 (>6cm)80Gy 或以上 图5 前列腺癌放射治疗靶区剂量与肿瘤局部控制率的关系图6 IMRT 与常规治疗病人副反应发生几率比较Bragg峰图7 不同射线在水体模中的穿透特性（深度吸收剂量曲线）3．以医用电子直线加速器为代表的放疗设备新进展近十几年，为适应临床医学的要求，以医用电子直线加速器为代表的外照射放疗设备呈现出前所未有的技术快速提升、设备不断推陈出新的发展态势。
概括总结其技术发展历程为：上世纪80年代以前的常规放疗，90年代初的立体定向治疗，90年代中期的适形放射治疗，90年代末期的适形调强放射治疗，以及当今的图象引导放射治疗。
相比较而言，外照射重离子（含质子）技术、近（内）距离照射技术，一方面受到设备的限制，另一方面由于治疗原理的局限，总体讲变化不大。
放射治疗技术发展的热点之所以集中表现在医用电子直线加速器的技术进步上，主要是：a)医用电子直线加速器所产生的MV级X射线和电子束可以满足临床治疗95%以上的需要。
b)立体定向治疗、三维适形放射治疗以及适形调强技术（IMRT）的实现，具有革命性的技术进步。
从剂量学角度看，当今最先进的医用电子直线加速器所产生的MV级X射线三维剂量场分布已经完全可以与质子或重离子射线相媲美，实现了临床放射医学提出了避免照射和提高肿瘤局部控制率的新要求。
c)与质子或重离子加速器比较，医用电子直线加速器无论从制造成本还是使用成本等方面都有绝对的优势。
（1） 脑部立体定向放射（外科）治疗设备(Stereotactic Radiosurgery-SRS)上个世纪80年代，基于脑部神经外科的临床要求，MV级X射线外照射脑部立体定向放射（外科）治疗设备研制成功并迅速发展起来。
该设备利用非共面多扇形扫描原理实现了X射线在靶区的“聚焦”，从而实现了：在靶区内，因X线“聚焦”形成了超高剂量累积；在靶区外，因扇形扫描，形成低剂量区。
由于在靶区边缘剂量陡然下降，类似外科手术刀对肿瘤的切除效果，因此被人们形象地称其为“X刀”。
从某种意义讲，90年代后期，3D适形调强放疗设备正是基于这一物理原理才发展起来的。
根据所用辐射源的不同，脑部立体定向放射治疗设备可分为以下两种：a)伽玛刀(Gamma Knife)：以Co-60为辐射源，如图8所示。
1968年瑞典Elekta公司推出了将201个Co-60源的射线汇聚于中心靶点来治疗颅内病变的立体定向放射外科装置(Stereotactic Radiosurgery-SRS)，称为伽玛刀，目前总共约生产了近100台。
b)X刀(X Knife)：以医用电子直线加速器为辐射源，使用非共面多弧照射方式使剂量集中于靶点的立体定向放射外科装置，如图9所示。
由于造价较前者低，无需定期换源，另外普通放疗科只需添置一些与现有加速器配套的装置就可以开展立体定向治疗（同时并不影响普通放射治疗的开展），因此，发展迅速，远远超过了伽玛刀安装使用台数，仅在中国就已经装备了200多台套。
这种装置不仅可用于立体定向放射外科(SRS)，而且亦可用于立体定向放射治疗(Stereotactic Radiotherapy-SRT)。
图8 Gamma Knife 图9 X Knife（2） 3D适形放射治疗设备（3D Conformal）上个世纪90年代中期，随着计算机技术，特别是医学数字诊断图象技术的发展（如CT、MRI），人体内实体肿瘤的空间形状已经可以被准确地确定和描述。