第 6 届全国肿瘤学术大会 2010 年 5 月 21 日,上海 复旦大学附属肿瘤医院...
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第 6 届全国肿瘤学术大会
2010 年 5 月 21 日,上海
复旦大学附属肿瘤医院
蒋国梁
肿瘤的质子和重粒子放疗
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1. 发展质子和重离子放疗的理由
1898 年居里夫人发现钋和镭放射线能杀灭肿瘤 , 用于肿瘤治疗放射线也能损伤肿瘤周围的正常组织
肿瘤放射治疗的理想境界
只对肿瘤进行照射,不给肿瘤周围正常组织照射达到 : 杀灭肿瘤 , 又不产生明显的放射毒性和并发症
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立体适形和调强放疗已经广泛使用。
调强适形放疗的缺点
(1) 大体积的正常组织受到低剂量的照射
将会增加放射区域内放射诱导的第 2 个原发性恶性肿瘤发生
(2) 放疗时间延长,导致病人全身暴射剂量提高增加放射诱导肿瘤的危险 ( 出现在放射 10-20 年后,对青年或儿童,这种危险性显得更重要 )
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调强适形放疗的缺点(3) 肿瘤中存在放射抵抗的肿瘤细胞群 :
• 乏氧细胞 : 2.5-3.0 倍的放射剂 量 (OER=2.5-3.0)
• G0, S 期细胞 --- 固有抵抗性
• 固有的放射抵抗:黑色素瘤
• 肿瘤局部控制率的曲线呈“ S” 形 ---- 在总剂量 >100Gy 后 , 局部控制率提高不明显 .结论 : 立体适形和调强放疗是目前肿瘤放疗的主流 , 但
仍存在问题 , 有发展新技术的需要和空间 .
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2. 质子和重粒子放疗
另一个肿瘤放疗发展的方向
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2.1 粒子放疗发展的历史
时间1946 年 Wilson RR 提出质子放疗的设想1954 年 Lawrence Berkeley Lab
第一例病人治疗
1961 年哈佛回旋加速器实验室 垂体肿瘤、动静脉瘤等良性疾病1975 年美国 MGH 和 HCL 治疗恶性肿瘤:颅底软骨瘤、前列
腺癌、眼球葡萄膜黑色素瘤1979 年日本国立放射医学研究所 治疗肝癌、食管癌、肺癌1980 年日本筑波大学质子中心 1992 美国 Loma Linda 大学 ( 医用 )
治疗恶性肿瘤
1998 年日本国立癌症中心 ( 医用 )
治疗恶性肿瘤
2001 年美国波士顿 MGH( 医用 ) 治疗恶性肿瘤
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PP + e-
氢 质子(1+)
nnnn
nn
P P
PP
P
P+ 6e-
碳粒子( 4+ ~ 6+ )
CO2
CH4
nnn
nn
P P
PP
P
Pn
• 质子的质量 1.67*10-27kg, 带正电荷 1.60 * 10-19c
• 用于放射治疗的质子 : 5MeV≤E≤300MeV
2.2 质子和重粒子 ( 碳 ) 的物理特性
• 碳离子的质量的 12 倍,带正电荷 9.60 * 10-19c
• 用于放射治疗的碳离子 : 85MeV≤E≤430MeV
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质子和碳粒子的物理特性
射线
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射线
扩展 Bragg 峰的方法
• 调制器 ( 射线的能量不变 )
• 改变射线能量
质子和碳粒子的物理特性
Bragg 峰的深度和宽度可根据肿瘤位置的深度进行调节
• 改变射线能量• 补偿器
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质子射线的产生
回旋加速器产生质子射线的能量是固定的
同步加速器产生质子的能量可调节
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由同步加速器
能产生质子 / 重粒子
重粒子射线的产生 在肿瘤放疗中涉及的重离子有:氦离子、碳离子、氖离子、氮离子、硅离子等 , 常用 12 碳射线 (430MeV).
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等中心旋转的放射机架
1台离子加速器可以支持3-4 个放疗机房
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2.3 粒子射线的生物学特性
质子的生物学特性
(1)质子属低 LET射线,损害是 DNA的单链断裂,存在亚致死放射损伤和潜在放射损伤的修复。
(2)生物效应略高于 60Co子射线和高能 X线,质子的相对生物效应(RBE)为 1.05-1.13,在质子射线的坪区和 Bragg峰区的 RBE基本相同
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重离子射线的放射生物学特征
重离子有如下3个放射生物学特征:(1)重离子杀伤细胞的能力强(相对生物效应RBE大)。重离子射线在其射程终端,即Bragg峰处造成DNA双链断裂的比例高,放射损伤的修复较少。对肿瘤的杀伤效应大,但是对正常组织的损伤也大。
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重离子射线的放射生物学特征
( 2)重离子射线杀伤乏氧细胞的能力强(氧增比: OER小)。重离子在 Bragg
峰处射线杀伤肿瘤或对正常细胞的损伤并不依赖氧的存在。因此OER较小, LET
在接近 200Kev/μm 时, OER接近 1 。 L
ET越高 OER越小。对缺氧细胞的杀伤效率大,是光子放射线的 3 倍。
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重离子射线的放射生物学特征
( 3)重离子杀伤抗放射细胞的能力强 细胞周期各时相对重离子射线的敏感性相差很小(如
S 期, G0 期细胞)。在重离子坪区的射线杀灭各期相细胞的敏感性与高能 X 线相同,然而在 Bragg 峰区射线的细胞致死效应几乎不受细胞时相的影响。重离子杀伤固有抗射线的能力强,可诱导抗低 LET 射线的细胞为敏感细胞,例如小鼠黑色素瘤细胞 B16 ,分别用 X 线或碳离子照射 2Gy 后的存活率( SF2)分别为 0.81及 0.15 。碳离子比 X 线的生物效应明显提高
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重离子和质子放疗的优缺点重离子优于质子
1. 在 Bragg 峰区的射线对缺氧肿瘤细胞的杀灭效应更高2. 在 Bragg 峰区的射线对抗放射肿瘤细胞的杀灭作用更强。3. 在坪区射线的放射生物效应和氧依赖性与低 LET 射线类似4. 重离子射线的侧向散射更少,正常组织的剂量减少。5. 重离子 Bragg处射线对肿瘤的杀灭以 DNA双链断裂为主,所以照射肿瘤时,放疗的次数可显著减少。
6. 重离子照射后可用 PET检查,用以验证放射剂量给予的正确性。
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重离子差于质子
重离子放疗的实验和临床资料尚少,因此对重离子的放射生物效应,包括 RBE 、 OER 等还缺乏非常肯定的结论。因此在使用低 LET 射线累积的临床经验和资料于重离子放疗时,必须十分谨慎。
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3. 粒子放疗的临床资料
3. 1 质子放疗
Courtesy of MGH
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前列腺癌的质子放疗计划物理剂量的比较
75.6 Gy 70 Gy 60 Gy 50 Gy 20 Gy 10 Gy
调强放疗 (XRT) 质子放疗
Courtesy of MGH
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质子照射
调强放疗
Chang et al: Int J Rad Onc Bio Phys 65:1087-96, 2006
肺癌的质子放疗物理剂量比较质子照射
调强放疗
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质子放疗的临床适应征
质子治疗已日趋成熟a. 不适合手术的Ⅰ -Ⅲ期肺癌b. 颅底肿瘤:脊索瘤、软骨肉瘤c. 消化道肿瘤 : 原发性肝癌、食管癌。d. 眼部肿瘤和良性疾病:葡萄膜和脉络膜黑色素瘤、眼眶 肿瘤、黄斑变性。e. 中枢神经系统肿瘤和良性疾病:星形胶质细胞瘤、孤立 脑转移灶、垂体瘤、脑动静脉畸形、脑膜瘤、听神经瘤。f. 头颈部肿瘤:鼻咽癌、局部晚期的口咽癌。g. 盆腔:前列腺癌、子宫肿瘤及其它不能切除的盆腔肿瘤。
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I 期非小细胞癌的质子放疗( Loma Linda)病人:Ⅰ期因医学原因不能手术或拒绝手术 方法: 51CGE/10fx,2wks (22 例 ) 60CGE/10fx,2wks (46 例 ) 仅照射原发灶 结果: 67 例 中位随访 30 月 没有产生有症状放射性肺病或后期食管、心脏并发症 3 年局控率 74%( T1 87%; T249%) 3 年生存率 72% 预后好: PS 高,女性,肿瘤小
Bush DA. Chest 2004;126(4):198-203
质子放疗肺癌的临床经验
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非小细胞肺癌的质子放疗(日本筑波大学)
• 质子射线治疗 37 例 I 期 NSCLC
• 总剂量 :70-94GyE/20次( 3.5-4.9GyE/次)• 中位随访 24 个月• 2 年无疾病进展生存率 80%
• 2 年总生存率: 84%
• 2 年局部区域无复发生存率 IA为 79% , IB为 60%
• 未见严重的急性毒副作用, II级和 III级后期放射性肺损伤各见 3 例,这 6 例出现后期放射损伤的病例 5 例为 IB期
Nihei K. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2006, 65(1):107-111
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材料来自 万杰医院 江启安
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前列腺癌质子放疗的经验 (Loma Linda)1991 年 10 月— 1997 年 12 月 , 1255 例局限的前列腺癌
10 年 PSA阴性生存率 73%
• 急性副作用 ≥RTOG3级 消化道和泌尿道急性反应 : < 1%
RTPG3级 消化道和泌尿道后期反应 : 1% 4级 消化道和泌尿道后期反应 : 0.2%
• 后期损伤5 年和 10 年后≥ GTOG 3级消化道毒性发生率均为 1%
5 年和 10 年后≥ GTOG 3级泌尿道毒性发生率均为 1%
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前列腺癌不同疗法 5 年生存率比较
John Hopkins
( 根治手术 )
MDACC
(光子 65Gy)
LLUMC
(光子加质子 )
放疗前 PSA
≤4 94%( 284) 91%( 117)
100%( 427)
4-10 85%( 237) 69%( 169)
83%( 253)
10-20 56%( 105) 62%( 118)
67%( 151)
>20 45%( 40) 38%( 57) 65%( 67)
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质子放疗颅底脊索瘤的疗效 ( 和光子比较 )
Igaki H, IJROBP 2004;64:1120
5 年肿瘤局部控制率
光子放疗: 17%-39%
质子放疗: 46%-73%
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3.2 碳粒子放疗的临床经验
肿瘤部位颅底头颈部
非小细胞肺癌 (Ⅰ期 )
肝癌
前列腺癌
骨或软组织肉瘤
直肠癌(术后复发)子宫颈(腺癌)
腺样囊性癌、黑色素瘤等 肉瘤
周围型
中央型肝细胞肝癌
剂量-分割在 NIRS通过剂量递增试验所确定的碳离子放疗的最佳剂量分割
共治疗 5142 例 Tsujii New J Physics 10 (2008) 075009
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47例 142例Ⅰ/Ⅲ期( 1994)
Ⅰ/Ⅱ期( 1997)
Ⅱ期(4/99-11/00 )
Ⅰ/Ⅱ期( 12/00-11/03 )
Ⅰ/Ⅱ期( 12/03- )
47例 34例 50例 49 例
共 129 例剂量递增
建议剂量90GyE 72GyE
单次照射142例
Ⅰ期非小细胞肺癌(周围型)碳离子放疗的临床研究
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肿瘤局控率 % 总生存率 %ⅠA 期 98.6%
ⅠB 期 89.7%
ⅠA期: 72ⅠB 期: 59 例
Ⅰ期非小细胞肺癌采用碳离子放疗分割 4次和 9次治疗的局控率和生存率
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早期皮肤和肺的放射反应 Miyamoto T
后期皮肤和肺的放射并发症
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76y/o M Adenocarcinoma
1.5 年后72GyE/9次
早期周围型肺癌碳粒子放疗
放疗前 放疗后 6 月
28GyE/1Fx
Courtesy of Dr. Tsujii H, NIRS
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剂量分割局控率 毒性( 3-12个月)
肝细胞肝癌用碳离子治疗的局控和毒性
病人数 3年
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Courtesy of Dr. Tsujii H, NIRS
![Page 36: 第 6 届全国肿瘤学术大会 2010 年 5 月 21 日,上海 复旦大学附属肿瘤医院 蒋国梁 肿瘤的质子和重粒子放疗.](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/5697bfc91a28abf838ca90f1/html5/thumbnails/36.jpg)
碳离子放疗前列腺癌的生存率( 365 例)
Courtesy of Dr. Tsujii H, NIRS
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前列腺癌碳离子放疗的临床 I/II 期试验碳离子放疗 , 放疗前和放疗后使用内分泌治疗
Akakura K Prostate 2004;58:252-258
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7年总生存率 82%
7年临床无肿瘤复发率 90%
7年局部控制率 98%
7年肿瘤专项生存率 95%
前列腺癌碳离子放疗的疗效
Courtesy of Dr. Tsujii H, NIRS
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碳离子放疗前列腺癌的后期放射并发症
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Courtesy of Dr. Tsujii H, NIRS
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头颈部恶性肿瘤碳粒子放疗的结果 (1997~2006)
LOCAL CONTROL (239)
SURVIVAL (236)
TIME IN MONTH
PR
OB
AB
ILIT
Y 70.2%
41.1%
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TIME IN MONTH
腺样囊腺癌 (70) 74.0%
腺癌 (27) 76.0%
黑色素瘤 (85) 74.7%
乳头状癌 (13) 80.8%
鳞癌 (12) 60.2%
5 年
局部
肿瘤
控制
率头颈部肿瘤碳粒子放疗的局部控制率 (1997~2006)
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TIME IN MONTH
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总生
存率
率 腺样囊腺癌 (70) 69.7%
腺癌 (27) 46.6%
黑色素瘤 (85) 74.7%
乳头状癌 (13) 26.3%
鳞癌 (12) 19.4%
5 年
头颈部肿瘤碳粒子放疗的总生存率 (1997~2006)
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恶性黑色素瘤57.6GyE/16fr/ 4 wks
碳粒子放疗后 53 月放射前
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头颈部腺样囊腺癌 (Head Neck. 2004 Feb;26(2):154-62)
唾腺癌 (Cancer. 2005 Jun 15;103(12):2544-50)
UF 病人数 治疗 5 年局控% 5 年总生存% 64 放射 56 50
160 手术 + 放射 90 66
NIRS 31 碳粒子放射 80 64
UF 病人数 治疗 5 年局控% 5 年总生存% 101 放射 56 57
手术 + 放射 94 77
NIRS 69 碳粒子放射 47 70
头颈部恶性肿瘤碳粒子放疗和手术的疗效比较
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直肠癌盆腔复发碳离子放疗
采用不同剂量治疗的局控率 (a)和生存率(b)
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直肠癌手术后盆腔肿瘤复发 X线和碳离子放疗疗效的比较
作者 治疗 病人数 1 年生存率
2 年生存率
5 年生存率
Ohkawa(1989)
X 射线 84 48% - -
Nakama(1990)
X 射线 41 27% - -
Knol HP(1997)
X 射线 50 - 23% 8%
Murata(1997)
X 射线 47 33% - -
NIRS (2003) 碳离子 23 94% 78% -
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脊索瘤的碳离子放疗疗效 - 和手术切除的疗效比较
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脊索瘤的碳离子放疗病例
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骨肉瘤的碳离子放疗疗效 - 和手术切除的疗效比较
![Page 53: 第 6 届全国肿瘤学术大会 2010 年 5 月 21 日,上海 复旦大学附属肿瘤医院 蒋国梁 肿瘤的质子和重粒子放疗.](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102416/5697bfc91a28abf838ca90f1/html5/thumbnails/53.jpg)
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骶骨骨肉瘤的碳离子放疗病例
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全球肿瘤粒子放疗的状况
早期( 1954-) 12家单位,使用物理学研究的加速器治疗,目前已
经停止使用。 共治疗 10,243 例(氦 2,054 , π介子 1,100 ,重粒
子 873 ,质子 10,243)
现代( 1984- 2009) 28家单位(质子 26 ,重粒子 1 ,重粒子+质子
1),分布于日本 7家,美国 7家和欧洲。 共治疗 62,017(质子 56,854 ,重粒子 5,142)
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全球肿瘤粒子放疗的状况
总共治疗 78,275(到 2009 年底) 质子 67,097 ,碳粒子 7,151 , π介子 1,100 ,
氦 2,054 ,其他粒子 873
正在建造中的粒子放疗中心 18家:质子 11 ,重粒子 1 ,质子+重粒子 6
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小结
1. 质子和重离子放疗是放射治疗领域中最先进的放疗技术。疗效明显优于常规放疗技术,放疗的毒性和副作用显著降低。
2. 质子和重离子放疗扩大了放疗的指征:心、肺和肝功能不佳的病人;对光子放射线不敏感的肿瘤。
3. 质子放疗已经累积了 6.7万病例,已经比较成熟;重离子放疗治疗 7千多病人,需要进一步累积经验。
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上海市质子重离子医院复旦大学肿瘤医院
质子重离子中心
上海市政府财政支持 25亿2009 年 8 月动工 ,2012 年治疗病人。
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同步加速器:质子 50~ 250MeV;重离子 85~ 430MeV
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三维主动放射线扫描技术
放射线的能量可调节 ( 同步加速器 )用磁铁来控制放射线扫描 (用 Bragg峰 )• Optimize particle number at ~ 30-50‘000 points/field
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机器人控制的治疗床,自动病人摆位在线 CT校正肿瘤照射的准确性
Isocentric Rotation +/-100°
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把居里夫人开创的肿瘤放射治疗发展到极致!