有关伽玛刀的技术问题探讨（文献）

鹤无声

有关伽玛刀的技术问题探讨
【摘要】  全文针对百分深度剂量、放射安全性、食管癌治疗、大体积治疗等技术问题，从放射物理和临床应用方面探讨咖玛刀的争议。
【关键词】  立体定向放射治疗
    伽玛刀已有39年历史，全球安装了近400台伽玛刀，治疗病人数超过58万。至1993年伽玛刀引入中国以来，非议不断。在90年代，非议集中在头部伽玛刀。现在，又集中到了体部伽玛刀。作为我国第一次获得美国FDA许可并出口美国、获得国家科技进步二等奖、拥有完全自主知识产权的大型高科技医疗设备，目前较为突出的伽玛刀临床应用问题包括：（1）个别治疗中心因盈利目的随意扩大适应证，造成滥用伽玛刀。（2）未经严格培训就仓促上岗或不严格按规程操作，造成医疗纠纷和事故。（3）还有一些伽玛刀从业人士，对放射治疗知识一知半解，却海夸伽玛刀的“神奇”能力。但有些非议，确有值得商榷之处。例如，有作者提出：“国外并无体部伽马刀的概念，仅中国有”[1]。以国外没有来否定体部伽玛刀，与目前国家大力倡导的“提高自主创新能力，建设创新型国家”的精神相悖。本文主要从以下几个技术问题，讨论对伽玛刀的争议。
    1   百分深度剂量和剂量的聚集性
    认为伽玛刀不如直线加速器好的主要理由之一是：钴60发出的伽玛射线，由于其能量较低，故其深度剂量不如直线加速器（图1）。确实，钴60发出的伽玛射线，当其照射野为7cm×7cm时，在20cm深处，相对剂量为24.5％。而20MV-X线，照射野同为7cm×7cm，在20cm深处，相对剂量为53％。即同样照射野面积，同样深度，就组织吸收剂量而言，钴60发出的伽玛射线还不及20MV-X线的一半。
    这个理由，在比较传统的钴60治疗机与直线加速器时没错。但是，百分深度剂量描述的是单束射线的剂量学特征，而伽玛刀是采用多源多线束聚集方式进行照射，因此，可补偿单束射线能量不足的缺点而实现靶区的高剂量照射。仍然以上述条件为例，两束钴60射线照射，当其照射野仍为7cm×7cm时，在20cm深处，相对剂量为49％。三束钴60射线照射，剂量可达73.5％，超过单束20MV-X线。钴60治疗机三照射野的最大深度11.5cm，四照射野的最大深度15.5cm，即照射野越多，照射深度越大[2]。
    以第四代伽玛刀月亮神为例，该机有42颗放射源，对应42个准直器。在治疗胸部肿瘤时，治疗头不转动，可形成42个照射野。而当治疗头转动时，它的最小准直器（6mm×6mm）围绕人体旋转一周，能形成150个照射野（标准人体体模，胸围900mm）。最大准直器（14mm×60mm）围绕人体旋转一周，也能形成15个照射野。对应42个准直器，即能形成630~6 300个照射野。而直线加速器治疗，平均仅2~6个照射野。因此，以单束射线的深度剂量比较，直线加速器有优势，但比较靶区的剂量聚集性，伽玛刀不仅不是弱势，反而有很大优势。
    2   伽玛刀的放射安全性
    当电源关闭后，加速器的射线随之消失。但伽玛刀的放射源是放射性同位素钴60，不论电源关闭与否，它都会持续不断发射出伽玛射线。早期的钴60治疗机，由于制造技术落后，自屏蔽较差，其治疗室的杂散辐射（stray radiation）强度较大。然而，辐射存在于整个宇宙空间，人类有史以来就一直受着天然辐射源的照射，食物、房屋、天空大地、乃至人们体内都存在着辐射，这些照射通称为天然本底辐射。全球平均而言，天然本底辐射每年对个人的辐射剂量约为2.4mSv。但也有为数不少的居民生活在高于该平均值5~10倍的地区，经世界卫生组织长期观察，该地区居民的健康并无异常。以我国广东省阳江市为例，该地区居民在接受长期、持续年平均剂量为6.4mSv辐射作用下，未发现居民恶性肿瘤死亡的增加，而且存在刺激免疫功能增强的效应[3]。
    国际放射防护委员会规定(ICRP-60)，公众受附加照射的个人剂量限值为1mSv/年，而受职业照射的个人（如伽玛刀技术员）全身照射剂量限值为20mSv/年，皮肤、手、足为500mSv/年[4]。由于制造业的飞速发展，伽玛刀的自屏蔽已十分完善，伽玛刀治疗室内的杂散辐射已非常低。以月亮神伽玛刀为例，经监测，每治疗一人次，摆位技术员所受到的辐射剂量为4.2μSv（1 000μSv＝1mSv）。相比之下，乘飞机从北京到广州所受到的辐射剂量为6.8μSv，北京到旧金山为43μSv。拍摄一张X线胸片的辐射剂量约为200μSv。在年治疗400例病人（该数字为我国伽玛刀中心的平均治疗病人数），有4个摆位技术员的伽玛刀中心，每个技术员每年受到的辐射剂量为8.4mSv。该剂量仅略高于阳江市居民的天然本底剂量6.4mSv，远远低于国际辐射防护委员会20mSv/年的规定。
    当人受到4.5Gy(对于X、γ射线，辐射权重因子为1，故1Gy＝1Sv＝1 000mSv)一次性照射后，如果不进行骨髓移植，约一半的人会死亡。但每年受到8.4mSv辐照，到底会有什么危险?研究发现，即便每年职业照射50mSv（旧ICRP标准），工作35年，仅减少32天生命。而炼油厂工人工作35年，减少74天生命[5]。用危险度评价方法来评价职业照射并与人类的其它活动相比较，照射0.1mSv的死亡概率为百万分之一，与喝半瓶啤酒相当。由于放疗技术员做完24次治疗摆位工作后，他的累积剂量才达到0.1mSv。而分次照射24次累积0.1mSv的危险性远远低于单次照射0.1mSv的危险性，故放疗技术员做完24次治疗摆位工作后，其死亡的危险概率远远低于喝半瓶啤酒。
    伽玛刀辐射安全的另外一个问题是：更换钴源的麻烦与潜在危险。然而，现在的伽玛刀，有专门设计的安装在伽玛刀上带自屏蔽的储源罐。换源时，不用临时搭建任何别的屏蔽装置，只需将旧储源罐卸下，新储源罐换上，前后1小时，整个换源工作结束。而源运输及废源处理，更有国家指定的专业公司完成。
    3   伽玛刀治疗食管癌
    伽玛刀治疗食管癌是伽玛刀临床应用中存在的最大问题之一。立体定向放疗技术操作规范中规定食管癌是伽玛刀的禁忌证，但也有医科大学附属医院伽玛刀中心将其列入适应证。首先从结构和原理上分析，伽玛刀是采用多源多线束旋转聚集实施局部高剂量放疗，剂量分布不均匀，适形度相对较差，要进行不规则大野照射时布野较难，而且要采用相对低的剂量线。


    食管是一薄壁空腔串联器官（serial organs），如果采用大剂量照射，轻者发生放射性食管狭窄和溃疡，重者可能发生食管穿孔。因此，长期以来食管癌放疗都是采用靶区均匀的1.8Gy~2Gy的常规分割照射。尽管如此，湖南省肿瘤医院1991～2000年共收治食管癌行放疗及术后放疗患者425例，其中食管癌放疗后因穿孔死亡19例，发生率4.4％，另外还有不能肯定穿孔死亡病例25例[6]。
    伽玛刀治疗食管癌（也包括其它腹腔空腔脏器肿瘤），由于剂量不均，若仍然采用大剂量低分割照射，其并发症的发生率必然较高。若采用常规分割，根据伽玛刀照射野边缘剂量梯度大的特点，其并发症的发生率拟应比加速器多叶光栅适形照射低，用这种临床方案，伽玛刀可以治疗食管癌。但这样的做法仍然危险，因为伽玛刀很难做到让90%~95%剂量线覆盖一个15cm×15cm的靶区，如果做不到就会降低剂量线为70%，甚至50%等，这样边缘2Gy，中心剂量可达3Gy，正常食管黏膜很难耐受。中华医学会编著的《临床技术操作规范·放射肿瘤学分册》将食管癌列为伽玛刀的禁忌证，但特别注明：“不建议使用单次大剂量、低分割放射治疗。可以使用立体定向技术，做常规分割，超分割的三维适形放射治疗”[7]。
    4   伽玛刀的大体积治疗问题
    伽玛刀不适合对恶性肿瘤周围亚临床病灶预防照射，这是立体定向放疗技术的剂量特征决定的，但是仍有单位在做。从照射技术上讲，多布几个大口径准直器，伽玛刀照射野自然变大（图2），但是，当照射野变大，如果仍然采用大剂量低分割的剂量学特点，将不可避免出现严重的副作用。从图2、3的比较可以看出，直径1.5cm肝癌，单次分割剂量6Gy时，脊髓的照射剂量只有0.1Gy。如将治疗策略调整为常规分割方案，当治疗面积扩到15cm×15cm后（假设该区域均需要照射），照射野边缘用50％剂量线包裹，边缘每次2Gy，照射野中心剂量变成3Gy~4Gy，脊髓的照射剂量将降到0.9Gy，外围的正常组织剂量降低了，照射野中心正常组织剂量却增高了。
    5   体部伽玛刀的学术地位与疗效
    没人怀疑调强放射治疗（IMRT）是放疗的主流，也没有人怀疑图像引导放射治疗（IGRT）是在IMRT基础上的重大进步。2005年，美国科罗拉多州大学放疗系教授Kavanagh在美国放射肿瘤学会（ASTRO）年会上，立体定向体部放射治疗的相关内容成为人们关注的焦点之一[8]。我国研究人员通过采用体部伽玛刀技术实现了立体定向体部放疗（SBRT）的目标，权威的美国红皮杂志发表了夏廷毅等的论文“体部伽玛刀治疗不能手术早期非小细胞肺癌的结果”就是最好的例证[9]。
    虽然还没有最高级别的证据，但超过10万例临床病例也比较有力地证实了体部伽玛刀的良好疗效。夏廷毅等报道使用体部伽玛刀治疗不能手术的早期非小细胞肺癌，1、2、3年生存率分别为100％、91%和91% [9]。
    伽玛刀的特点是设备稳定可靠，故障率极低，质量保证与质量控制(QA/QC)容易实施。要进入放射治疗的主流，既懂伽玛刀物理，又懂放射肿瘤学，并十分熟悉国际放疗发展潮流的复合型人才是关键。
【参考文献】
  [1] 孟庆普, 王燕松. 我们到底需要多少“CT”[R]. 健康报, 北京：健康报社. [2006-02-14], 第7版.

[2] 世界卫生组织编. 孔朝霞译. 癌症的放射治疗实用手册[M]. 北京：人民卫生出版社, 1999. 1－263.

[3] 陶祖范, 秋叶澄伯, 查永如, 等. 阳江高本底地区恶性肿瘤死亡调查1987～1995年资料分析[J]. 中华放射医学与防护杂志, 1999年, 19（2）：75－82.

[4] 国际放射防护委员会. 国际放射防护委员会第60号出版物[R]. 国际放射防护委员会一九九0年建议书. 北京：原子能出版社, 1993. 66.

[5] 沈瑜, 靡福顺. 肿瘤放射生物学[M]. 北京：中国医药科技出版社, 2002. 371.

[6] 鲁琼辉. 食管癌放疗食管穿孔原因分析[J]. 中国现代医学杂志, 2004, (147):141-142.

[7] 中华医学会. 临床技术操作规范——放射肿瘤学分册[M]. 北京：人民军医出版社, 2006. 108－109.

[8] Kavanagh BD, Timmerman RD. Stereotactic Body Radiation Therapy: Biological and Clinical Perspectives, 2005[C]. ASTRO Annual Meeting, Denver, Colorado, USA.

[9] Xia T, Li H, Sun QX, et al. Promising clinical outcome of stereotactic body radiation therapy for patients with inoperable stage Ⅰ/Ⅱ non-small-cell lung cancer[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2006, 66(1):117-125.

xinxinpang

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superbird

赞lz！

ps 有pdf版的么

鹤无声

回复 3# superbird

  这个只是探讨，还不具体涉及技术实例。PDF有的！

鹤无声

超标定义释析