肿瘤放射物理

肿瘤放射物理（ROP）

以放射物理的基本原理和概念为基础的放射治疗，与手术、化学药物治疗共同组成了目前恶性肿瘤的三大治疗手段。据世界卫生组织（WHO）的统计，肿瘤治疗后45%左右的五年生存率中，22%为手术治疗、18%为放射治疗、5%为药物和其它方法治疗；随着技术发展，放射治疗的应用更加广泛，相关统计表明50%~70%的肿瘤病人需要进行放射治疗。

以最大限度提高肿瘤的控制概率（TCP）、减少正常组织/器官的并发症概率（NTCP）为根本目标，肿瘤放射治疗的照射方式在不断进步，推动放疗技术向精准治疗发展。

肿瘤照射方式

以加速器技术发展为前提，肿瘤照射方式在传统光子（X/γ射线）、电子放疗的基础上，发展了粒子放疗（质子、重离子）、硼中子俘获治疗（**BNCT**）、闪光放疗等技术。

由于质子和重离子穿过物质形成布拉格峰的物理特性以及重离子（主要是C离子）优越的放射生物学特性，相对于光子可以增强靶区剂量并降低正常组织损害，特别适合于眼黑色素瘤等不可切除或不完全切除的局部侵犯性肿瘤、儿科恶性肿瘤等辐射耐受性差的肿瘤。随着对粒子治疗的需求不断增加以及加速器技术的日趋成熟，粒子治疗技术发展迅速；根据粒子治疗合作机构（PTCOG）截止2020年8月的统计：全球在运粒子治疗设施104座（质子92、C离子12），在建41座（质子35、C离子5、质子+C离子1），计划建设28座（质子26、质子+C离子2）。但粒子放射物理学和生物学的优势是否能转化为患者的治疗获益需要在临床中证实，还需要进一步的技术探索和临床研究，例如：器官运动造成的剂量波动、穿过不同密度组织的靶程不确定问题、剂量分布的均匀性控制、C离子生物效应、离子治疗在线监测成像等。

BNCT利用含硼（10B）药物在癌细胞内选择性富集的特点，在中子照射时发生硼俘获反应，释放α粒子和7Li粒子来杀死肿瘤细胞，是具有靶向治疗、低毒高效的一种放疗技术，适合于脑胶质瘤、黑色素瘤等肿瘤。近年来随着加速器强流中子源的技术发展，是BNCT大规模临床应用成为可能；例如，日本政府就规划每百万人口配置0.55套BNCT设备。目前BNCT的临床应用还面临诸多问题，如具有特异亲和力的高效含硼药物研发、高精度的硼剂量测量系统等，需要开展大量的技术研发及细胞和动物实验研究工作。

极高剂量率的射线照射生物体时，会出现肿瘤组织对射线依然敏感但正常组织敏感性降低的“闪光效应”；闪光放疗基于闪光效应的一种具有治疗前景的放疗方式，具有治疗时间极短（50ms）的优点，可避免治疗过程中的移动误差。闪光放疗在2014年从体外研究阶段转向动物体内研究阶段，并于2019年开展了首例人类皮肤淋巴瘤临床试验。目前，闪光放疗尚处于探索阶段，还需要深入开展放射生物学机制、剂量精确控制等方面的探索研究。

放疗技术

随着与计算机和影像学技术的有机结合，放射治疗从常规放疗向精准放疗发展，在**2维放疗的基础上实现了3维适形放疗和4维动态放疗技术，正在探索自适应放疗技术，并提出了基于生物靶向的5**维放疗概念。

二维放疗是通过遮挡方式实现不规则形状射野进行均匀剂量照射。三维适形放疗（3D-CRT）以三维解剖影像为基础，通过多叶准直器自动控制和正向三维治疗计划，提高射线剂量体积和靶体积在三维形状上的适形指数；调强适形放疗（IMRT）通过逆向三维治疗计划、细分射束子野并动态调强的方式，使靶体积内各点的剂量分布高度适形。影像引导放疗（IGRT）在三维放疗的基础上引入时间因素，通过图像引导来降低摆位误差、器官运动、解剖结构变化对剂量分布的影响；自适应放疗（ART）则是通过影像信息的动态变化修正治疗计划，实施个体化治疗。生物靶向放疗（BIMRT/BIGRT）通过获取代谢、功能、生理和基因表型等生物影像信息，将肿瘤的放射敏感性差异引入放疗计划，是一种将物理适形和生物适形相结合的5维适形放疗概念。

综上所示，粒子放疗、硼中子俘获治疗、闪光放疗等在未来具有临床前景，与此同时放疗技术也在向精确治疗发展；但从一种技术手段发展为常规临床治疗手段还需要深入开展以下方面的工作：①放疗设备/部件国产化研制；②放射生物学机制的基础探索；③多维影像重建/多模式影像融合技术研究；④照射野参数的正向/逆向确定技术研究；⑤图像引导及自适应修正方法；⑥三维剂量仿真及模型验证技术研究；⑦放疗在线监测成像技术研究等。