高LET-射线和质子治疗课件.ppt

1、l 1999年年8月至月至2000年年3月我有幸在日本国月我有幸在日本国 “National Cancer Center”东病院东病院l参加该中心的参加该中心的重离子医用加重离子医用加 速器速器(HIMAC)和质子加速器治疗肿瘤的工作。和质子加速器治疗肿瘤的工作。l据美国出版的据美国出版的“radiation oncology” 记记载：载： 该院的质子和重离子治疗设施是世界上该院的质子和重离子治疗设施是世界上第一台建在医院，以医疗为目的的。第一台建在医院，以医疗为目的的。l1993年年 建成建成l到到2006年底，该机构治疗肿瘤患者超过年底，该机构治疗肿瘤患者超过3000例，例，3年局部年局

2、部 控制率大于控制率大于67%。l头颈部肿瘤的头颈部肿瘤的3年局部控制率大于年局部控制率大于61%；l颅底瘤颅底瘤 3年局部控制率大于年局部控制率大于92%；l肺及肝癌肺及肝癌3年局部控制率大于年局部控制率大于72%；l前列腺癌的前列腺癌的 3年局部控制率为年局部控制率为100%。 l 1996年，德国重离子研究中心年，德国重离子研究中心(GSI)建建成。成。l 2002年，年，GSI对两种颅底瘤的各对两种颅底瘤的各50个病个病 例的两年局部控制率达到了例的两年局部控制率达到了100%，l德国政府有关部门颁发了用重离子束德国政府有关部门颁发了用重离子束 治治疗这两种癌症的许可证，疗这两种癌症的

3、许可证， l在法国在法国Nice Centre A. Lacassagne从从1992年至年至1996年用年用65Mev质子束治疗了质子束治疗了538例例眼球脉络膜黑色素瘤患者，局部控制率眼球脉络膜黑色素瘤患者，局部控制率达到达到89%，78月生存率为月生存率为77.4%, 半数病半数病人能保持好的视力。人能保持好的视力。l2006年年11月至今年月至今年3月，中国科学院近月，中国科学院近代物理研究所与兰州军区兰州总医院、代物理研究所与兰州军区兰州总医院、甘肃省肿瘤医院等开展了甘肃省肿瘤医院等开展了3项肿瘤重离项肿瘤重离 子束治疗临床试验，子束治疗临床试验，l使我国成为继美国、日本、德国之后，

4、使我国成为继美国、日本、德国之后，世界上第四世界上第四 个开展重离子束抗癌临床试个开展重离子束抗癌临床试验研究的国家。验研究的国家。 l肿瘤是一类古老的疾病，早在肿瘤是一类古老的疾病，早在2-3千年前我国千年前我国和埃及已有关于肿瘤的记载和埃及已有关于肿瘤的记载l20世纪初肿瘤在世界各国仍是比较罕见的疾病。世纪初肿瘤在世界各国仍是比较罕见的疾病。l50年代初，北京市居民死亡率中肿瘤占第年代初，北京市居民死亡率中肿瘤占第9位。位。l近半个世纪以来，肿瘤这类疾病在医学领域内近半个世纪以来，肿瘤这类疾病在医学领域内的地位愈来愈重要，目前已成为多发病、常见的地位愈来愈重要，目前已成为多发病、常见病，为

5、居民死亡原因的第一、二位病，为居民死亡原因的第一、二位l严重威胁人民的健康。严重威胁人民的健康。 l随着工业化的发展，环境里的致癌物愈随着工业化的发展，环境里的致癌物愈来愈增多；空气和水的污染；吸烟；不来愈增多；空气和水的污染；吸烟；不良生活习惯，包括膳食的不平衡、以及良生活习惯，包括膳食的不平衡、以及食品添加剂和某些药物的滥用。食品添加剂和某些药物的滥用。l诊断水平和医疗技术的提高，确诊率增诊断水平和医疗技术的提高，确诊率增加加l癌症在全世界范围内有增多趋向癌症在全世界范围内有增多趋向l由于生活水平的提高和医药卫生的发展，由于生活水平的提高和医药卫生的发展，人们的平均寿命延长了。人们的平均寿

6、命延长了。l以北京市为例，以北京市为例，1947年东城区居民平均年东城区居民平均寿命仅为寿命仅为35岁，而目前超过岁，而目前超过70岁。岁。l肿瘤的发病年龄高峰在肿瘤的发病年龄高峰在4045岁以后，岁以后，所以相应地肿瘤发病率和死亡率也有增所以相应地肿瘤发病率和死亡率也有增高。高。 l随着医学的发展，过去许多严重威胁人类健康随着医学的发展，过去许多严重威胁人类健康的急性传染病、寄生虫病、营养不良和新生儿的急性传染病、寄生虫病、营养不良和新生儿死亡等等由于找到了病因，采取了适当的预防死亡等等由于找到了病因，采取了适当的预防措施和有效的治疗，因而得到了控制。它们的措施和有效的治疗，因而得到了控制。

7、它们的发病和死亡率都已大大下降。发病和死亡率都已大大下降。l而相对来说，一些病因比较复杂，尚无十分有而相对来说，一些病因比较复杂，尚无十分有效治疗方法的疾病，如心脑血管疾病和癌症，效治疗方法的疾病，如心脑血管疾病和癌症，在医学领域内的地位就显得愈来愈重要了在医学领域内的地位就显得愈来愈重要了 l1950年我国人口死亡率为年我国人口死亡率为18.0，1965年为年为9.5，1975年为年为7.3，1980年为年为6.3%，19901992年为年为6.0。也就是说按人口计算。也就是说按人口计算死亡人数平均每年递降死亡人数平均每年递降2.6。l而在此期间主要死亡原因变化很大，而在此期间主要死亡原因变

8、化很大，1950年代年代前前3位为呼吸系疾病、急性传染病和肺结核；位为呼吸系疾病、急性传染病和肺结核；l70年代为脑血管病、心脏病和恶性肿瘤；年代为脑血管病、心脏病和恶性肿瘤；l1990年代则以恶性肿瘤、脑血管病和呼吸系病年代则以恶性肿瘤、脑血管病和呼吸系病为主。恶性肿瘤死亡总数中所占的比率也从为主。恶性肿瘤死亡总数中所占的比率也从5.2(1957)上升到上升到17.9(1990-1992)。l我国我国1997年肿瘤死亡率在城市为年肿瘤死亡率在城市为13610万人口，居民死亡原因的第万人口，居民死亡原因的第1位；位；l农村为农村为10810万，居第万，居第2位。位。l全国每年新发生的癌症病人约

9、全国每年新发生的癌症病人约160万，死万，死于癌症的约于癌症的约130万。万。lWHO和我国政府已将癌症列为急需解决和我国政府已将癌症列为急需解决的重点问题之一的重点问题之一 l1术后放化疗术后放化疗 (adjuvant chemotherapyradiotherapy) 乳腺癌、睾丸肿瘤、大肠癌、软组织肉乳腺癌、睾丸肿瘤、大肠癌、软组织肉瘤瘤l2先化疗放疗后手术先化疗放疗后手术(primary chemotherapyradiotherapy)(保留器官的先化疗及放疗保留器官的先化疗及放疗) 骨肉瘤骨肉瘤(各各期期)、头颈部癌、头颈部癌(II-III期期)、乳腺癌、乳腺癌(期期)、肺癌、肺癌

10、(A期期)l3不能手术的病人先化疗或放疗后手术不能手术的病人先化疗或放疗后手术(adjuvant surgery)卵巢肿瘤、睾丸肿瘤、小细胞肺癌、头颈部卵巢肿瘤、睾丸肿瘤、小细胞肺癌、头颈部癌癌l4放化疗同时进行放化疗同时进行(Ewing氏瘤模式氏瘤模式)尤文瘤、非小细尤文瘤、非小细胞肺癌胞肺癌l5化放疗加生物及靶向治疗：非霍奇金淋巴瘤、胃癌、化放疗加生物及靶向治疗：非霍奇金淋巴瘤、胃癌、乳腺癌、非小细胞肺癌、乳腺癌、非小细胞肺癌、 头颈部癌、大肠癌头颈部癌、大肠癌l放射治疗已成为恶性肿瘤的主要治疗手段之一，放射治疗已成为恶性肿瘤的主要治疗手段之一，据国内外文献的报道，所有恶性肿瘤患者的据国内

11、外文献的报道，所有恶性肿瘤患者的70左右，在病程的不同时期都需要作放射治疗。左右，在病程的不同时期都需要作放射治疗。l有些肿瘤单纯放射治疗能够治愈，有些肿瘤单纯放射治疗能够治愈， 如鼻咽癌，如鼻咽癌，宫颈癌等。宫颈癌等。I期鼻咽癌（期鼻咽癌（T1N0M0）单纯放射治）单纯放射治疗的疗的5年生存率达到年生存率达到95%左右左右l早期声门型喉癌、口腔癌、宫颈癌可首选放射早期声门型喉癌、口腔癌、宫颈癌可首选放射治疗，治疗，l同时放射治疗与化疗同时放射治疗与化疗/手术综合治疗在头颈部手术综合治疗在头颈部肿瘤肿瘤器官功能保全治疗器官功能保全治疗中起到重要作用。中起到重要作用。l放射治疗与外科手术治疗、化

12、学药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物治疗是现代临床治疗肿瘤的三大主要手段主要手段l1895年伦琴发现年伦琴发现X射线射线l1942年原子反应堆问世，制造出多种人工放射性年原子反应堆问世，制造出多种人工放射性同位素同位素l1950年代钴年代钴-60（Co-60）治疗机出现治疗机出现l1960年代医用电子感应加速器、医用电子直线加年代医用电子感应加速器、医用电子直线加速器应用于临床速器应用于临床l1970年代开始对中子、质子、负年代开始对中子、质子、负介子和重离子介子和重离子等的应用进行研究，等的应用进行研究，l出现出现X-刀和刀和-刀刀l 1980年代后对恶性肿瘤的

13、年代后对恶性肿瘤的70进行放射进行放射疗疗l2000年后，应用三维适形、调强放射治疗年后，应用三维适形、调强放射治疗2、放射治疗的原理、放射治疗的原理 利用核射线（利用核射线（X、和中子流等）对和中子流等）对疾病进行辐射治疗的学科。疾病进行辐射治疗的学科。 放射治疗的基本原理是当射线达到一定放射治疗的基本原理是当射线达到一定剂量时，射线照射对病变细胞有抑制和剂量时，射线照射对病变细胞有抑制和杀伤作用。杀伤作用。 射线通过直接效应和间接效应置癌细胞射线通过直接效应和间接效应置癌细胞于死地。于死地。3、世界各国肿瘤发病情况世界各国肿瘤发病情况l据据1989年统计，全世界年统计，全世界40亿人口中每

14、年有亿人口中每年有600万人得万人得癌症。在我国上海、江苏、浙江、福建等地，肿瘤已癌症。在我国上海、江苏、浙江、福建等地，肿瘤已列为第一位；北京、天津等地列为第二位。列为第一位；北京、天津等地列为第二位。l在美国，肺癌占第一位，大肠癌占第二位；我国胃癌在美国，肺癌占第一位，大肠癌占第二位；我国胃癌占第一位，肺癌占第二位。占第一位，肺癌占第二位。l食管癌在世界有三个高发区，中亚里海沿岸、南部非食管癌在世界有三个高发区，中亚里海沿岸、南部非洲地区和我国华北地区。我国华南以鼻咽癌较常见，洲地区和我国华北地区。我国华南以鼻咽癌较常见，东北胃癌占首位，西南地区肺癌占首位。东北胃癌占首位，西南地区肺癌占首

15、位。l经过各种治疗，各种癌症的平均经过各种治疗，各种癌症的平均5年生存率已达年生存率已达48。l3、放射治疗用的放射源有三大类：、放射治疗用的放射源有三大类：(1)放射性同位素发射出的放射性同位素发射出的、线线(2)X射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的X射射线线(3)各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负介子和重离子束等介子和重离子束等l第一类放射源用作体外照射、腔内照射或组织间照第一类放射源用作体外照射、腔内照射或组织间照射，也可用口服或静脉注射将放射性核素注入人体，射，也可用口服或静脉注射将放射性核素注

16、入人体，进行内用同位素治疗。进行内用同位素治疗。l第二、三类放射源只能用于体外照射。第二、三类放射源只能用于体外照射。 4、肿瘤放射治疗的方法和疗效、肿瘤放射治疗的方法和疗效l放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。和体外照射法。l据有关报道：如子宫癌手术前放射治疗的治愈据有关报道：如子宫癌手术前放射治疗的治愈率可从率可从70提高到提高到90；膀胱癌手术前放射治；膀胱癌手术前放射治疗的治愈率可提高疗的治愈率可提高10以上；肺癌手术后放射以上；肺癌手术后放射治疗治疗5年生存率从年生存率从0提高到提高到20。l单独放射治疗恶性肿瘤单独放射治疗恶

17、性肿瘤5年治愈率可达年治愈率可达50% 1. X射线治疗机射线治疗机为获得为获得X射线必须有二个条件：射线必须有二个条件： (1) 要有足够数量高速运动的电子要有足够数量高速运动的电子 (2) 要有一个能够接受高速电子撞击而要有一个能够接受高速电子撞击而产生产生X射线的靶。射线的靶。X射线治疗机有以下几种：射线治疗机有以下几种：l接触治疗机，治疗皮肤癌，管电压接触治疗机，治疗皮肤癌，管电压1060千伏；千伏；l表层治疗机，治疗浅层，管电压表层治疗机，治疗浅层，管电压60140千伏；千伏；l中层治疗机，治疗皮下中层组织，管电压中层治疗机，治疗皮下中层组织，管电压140180千伏；千伏；l深部治疗

18、机，治疗组织深部的病灶，管电深部治疗机，治疗组织深部的病灶，管电压压180250千伏。千伏。 Energy: 6MeV(X-ray)Dose Date : 2GY/minField size:2X235X35cm2. 60CO治疗机治疗机l射线，能量射线，能量1.17Mev，1.33Mev，l穿透力强，深部治疗比穿透力强，深部治疗比200千伏的千伏的X射线射线大大15。皮下反应轻，骨骼和软组织吸。皮下反应轻，骨骼和软组织吸收剂量相等，旁向散射小，经济可靠，收剂量相等，旁向散射小，经济可靠，结构简单。结构简单。 3、后装治疗仪、后装治疗仪 后装治疗仪是一种远距离控制小射线后装治疗仪是一种远距离控

19、制小射线源（钴源（钴-60，铯，铯-137等）的治疗装置。等）的治疗装置。4、快中子治疗仪、快中子治疗仪 中子源中子源14MeV D-T中子发生器中子发生器5、负、负介子治疗仪介子治疗仪1概述概述l放射治疗是癌症治疗的主要手段。最早用于治放射治疗是癌症治疗的主要手段。最早用于治疗癌症的是疗癌症的是X射线，射线，50年代出现了远距离钴年代出现了远距离钴60治疗机，进入治疗机，进入60年代后，医用加速器技术应运年代后，医用加速器技术应运而生。由于医用加速器能产生电子、而生。由于医用加速器能产生电子、X、等射等射线，射线定向性好，能量高，穿透性强，并且线，射线定向性好，能量高，穿透性强，并且可以控制

20、，利用率又高，故各种加速器的不断可以控制，利用率又高，故各种加速器的不断出现很快在医学上得到重视和利用。出现很快在医学上得到重视和利用。l加速器用于医学在本世纪加速器用于医学在本世纪30年代就开始了，年代就开始了，那时美国就有了用于医学的回旋加速器。那时美国就有了用于医学的回旋加速器。40年代出现了医用电子感应加速器、电子同步加年代出现了医用电子感应加速器、电子同步加速器和质子同步加速器。速器和质子同步加速器。1952年电子直线加年电子直线加速器在英国首次用于医疗。进入速器在英国首次用于医疗。进入60年代医用年代医用电子直线加速器开始应用，由于它是一种能产电子直线加速器开始应用，由于它是一种能

21、产生生X射线和电子射线的先进设备，所产生的高射线和电子射线的先进设备，所产生的高能射线能以电离辐射的形式作用于细胞，杀伤能射线能以电离辐射的形式作用于细胞，杀伤不同种类的肿瘤细胞，所以被广泛用于临床治不同种类的肿瘤细胞，所以被广泛用于临床治疗肿瘤。疗肿瘤。2、电子直线加速器、电子直线加速器 医用电子直线加速器是医疗器械领域医用电子直线加速器是医疗器械领域设计制造复杂、技术含量最高的高科设计制造复杂、技术含量最高的高科技技 产品，也是目前治疗肿瘤的主流产品，也是目前治疗肿瘤的主流设备。下面是国产设备。下面是国产XHA600CXHA600C医用电子直线加速器3、电子回旋加速器、电子回旋加速器 一、

22、一、 概述概述 1949年瑞典神经科学家年瑞典神经科学家Leksell首先提出了首先提出了放射外科学理论，设想利用立体定向技术，放射外科学理论，设想利用立体定向技术，使用大剂量的高能量射线束（使用大剂量的高能量射线束（X、 、质子、质子、中子等）一次性摧毁靶点的病变组织。此中子等）一次性摧毁靶点的病变组织。此后近二十年有许多科学家进行了研究和实后近二十年有许多科学家进行了研究和实验，于验，于1068年建造了世界上第一台年建造了世界上第一台 刀，刀，并于并于1972年年1974年成功地做了二十多例年成功地做了二十多例脑动静脉畸形和癌症手术。从此脑动静脉畸形和癌症手术。从此 刀开始用刀开始用于治疗

23、各种神经外科和癌症疾病。于治疗各种神经外科和癌症疾病。 二、二、 刀刀 刀刀和和X刀刀并非通常意义上的有利刃、并非通常意义上的有利刃、有把柄、能切割的金属刀。称其为有把柄、能切割的金属刀。称其为“刀刀”是因为它能象手术刀那样切除肿瘤，冠是因为它能象手术刀那样切除肿瘤，冠以以“X”或或“ ”是因为原动力来自是因为原动力来自X射射线和线和 射线，所以也是一种放射治疗。射线，所以也是一种放射治疗。 1 刀的基本原理和概况刀的基本原理和概况 刀是将刀是将多个多个放射源静止性照射放射源静止性照射到一点上，使该点的剂量很大，从到一点上，使该点的剂量很大，从而到达治疗的目的。而到达治疗的目的。 1968年第

24、一台年第一台 刀在瑞典问世，用刀在瑞典问世，用179个钴个钴60源；源；1974年第二代年第二代 刀用刀用201个个钴钴60源，照射直径达源，照射直径达430mm；八十年八十年代发展了第三代代发展了第三代 刀，用多个等剂量刀，用多个等剂量 中心，更换各种准直器头盔，应用范围扩大中心，更换各种准直器头盔，应用范围扩大到颅内肿瘤和血管畸形。到颅内肿瘤和血管畸形。l1984年后年后 刀受到世界各国关注和推广，刀受到世界各国关注和推广，在英国和阿根廷安装了第三台和第四台在英国和阿根廷安装了第三台和第四台 刀。刀。l1987年在美国安装了北美第一台年在美国安装了北美第一台 刀，每刀，每个钴源达个钴源达3

25、0居里，适用于治疗面积更大、居里，适用于治疗面积更大、位置更深的病变。位置更深的病变。l1992年美国已有年美国已有10台台 刀，日本有刀，日本有8台。台。近年来，我国已引进近年来，我国已引进5台。台。 2、 刀的组成刀的组成 刀由六部分组成，它们是：刀由六部分组成，它们是： 放射系统；校准系统（头盔）；手术台；控制台；液压系统和放射系统；校准系统（头盔）；手术台；控制台；液压系统和 计算机治疗计划系统。计算机治疗计划系统。 3、 刀的特点刀的特点 无手术治疗，病人无痛苦；无手术治疗，病人无痛苦； 手术精确，误差小（手术精确，误差小（0.1mm）；）； 简便省时简便省时,每次治疗只需每次治疗只

26、需3-小时；小时； 新一代新一代 刀配合刀配合CT、MRI和和DSA及计及计算机，使治疗过程自动化和程序化。算机，使治疗过程自动化和程序化。 4、 刀的临床应用刀的临床应用 l伽玛刀、伽玛刀、X刀治疗适应症：刀治疗适应症：1.1.所有的脑内良、恶性肿瘤：脑膜瘤、垂体瘤、所有的脑内良、恶性肿瘤：脑膜瘤、垂体瘤、 脑脑转移瘤、松果体瘤、三叉神经瘤、听神经转移瘤、松果体瘤、三叉神经瘤、听神经 瘤、血管瘤、血管网织细胞瘤、脊索瘤、雪旺氏神经鞘瘤、网织细胞瘤、脊索瘤、雪旺氏神经鞘瘤、NPHNPH癌等癌等2.2.癫痫；癫痫；3.3.脑血管畸形、脑血管瘤；脑血管畸形、脑血管瘤；4.4.五官肿瘤：鼻咽癌、颅咽

27、管瘤、鼻血管纤维瘤、五官肿瘤：鼻咽癌、颅咽管瘤、鼻血管纤维瘤、 内内耳肿瘤、眼球后肿瘤；耳肿瘤、眼球后肿瘤；5.5.功能性脑神经疾病：功能性脑神经疾病： 三叉神经痛、顽固性三叉神经痛、顽固性 头痛、头痛、帕金森氏病。帕金森氏病。三、三、 X刀刀1、概述、概述 以产生硬以产生硬X射线的医用直线加速器射线的医用直线加速器为放射源的立体定位定向装置，称为为放射源的立体定位定向装置，称为X刀。其原理是通过刀。其原理是通过Linac机架旋转控制射机架旋转控制射线的输出剂量，照射野的再次准直和治线的输出剂量，照射野的再次准直和治疗床的角度变化来使高辐射剂量照射源疗床的角度变化来使高辐射剂量照射源集中在靶点

28、，而靶区周围集中在靶点，而靶区周围X射线剂量很小，射线剂量很小，取得与取得与 刀相同的治疗效果。刀相同的治疗效果。 2、X刀的特点和评价刀的特点和评价 无痛手术，病人痛苦极小无痛手术，病人痛苦极小 设备简单，只需对标准直线加速器稍加修改，设备简单，只需对标准直线加速器稍加修改，就非常接近就非常接近 刀刀 操作简单，技术容易掌握操作简单，技术容易掌握 造价比造价比 刀低，容易推广刀低，容易推广 对环境污染小对环境污染小 可对多种癌（肝、肾、肺及骨癌等）进行立可对多种癌（肝、肾、肺及骨癌等）进行立体放射治疗。体放射治疗。 评价：评价：预测预测X刀将成为未来立体放射治刀将成为未来立体放射治疗的主要设

29、备，比疗的主要设备，比 刀更易推广。在美刀更易推广。在美国国X刀治疗中心有刀治疗中心有80多个，而多个，而 刀治刀治疗中心只有疗中心只有8个。个。3、X刀的临床应用刀的临床应用 我国从我国从1991年研制第一台年研制第一台X刀，两年中刀，两年中就完成了就完成了160多病例。多病例。 1、 概述概述lBNCT（Borton Neutron Capture Therapy）中文含义是硼中子俘获治疗中文含义是硼中子俘获治疗，是目前世界最先进的癌症治疗方法之一。是目前世界最先进的癌症治疗方法之一。l到目前为止，世界上用反应堆中子源的到目前为止，世界上用反应堆中子源的（rBNCT）治疗机已经达到二期临床

30、水治疗机已经达到二期临床水平，但基于加速器的平，但基于加速器的BNCT世界上还没世界上还没有，许多发达国家都在研制中。有，许多发达国家都在研制中。 在所有目前可以列举的放射治疗方法中，在所有目前可以列举的放射治疗方法中，BNCT具有其它放疗所不具备的突出优点。主具有其它放疗所不具备的突出优点。主要表现在：中子的穿透性比质子和重离子好，要表现在：中子的穿透性比质子和重离子好，容易实现深部癌症治疗；容易实现深部癌症治疗；BNCT用的是低能中用的是低能中子，与快中子治疗相比，低能中子对人体正子，与快中子治疗相比，低能中子对人体正常细胞的伤害要小得多；发挥治疗作用的常细胞的伤害要小得多；发挥治疗作用的

31、粒粒子和子和7Li重离子具有局域性好的特点；药物的重离子具有局域性好的特点；药物的选择性提高了选择性提高了BNCT治疗癌症方面的优势；对治疗癌症方面的优势；对无原发肿块的癌症有潜在的治疗能力等。无原发肿块的癌症有潜在的治疗能力等。 2BNCT的基本原理的基本原理将含将含10B元素的元素的BNCT药物注射到人体中，药物对肿瘤药物注射到人体中，药物对肿瘤的选择性越高约好，每克肿瘤组织达到的选择性越高约好，每克肿瘤组织达到30g的的10B；由加由加速器产生的中子源经慢化后变为速器产生的中子源经慢化后变为1eV1keV范围内的超热范围内的超热中子中子,照射到病变组织照射到病变组织,与与10B发生俘获反

32、应发生俘获反应,反应方程如下反应方程如下: 10B + 1n 4(1.78MeV)+ 7Li(1.01MeV) (4%) 4(1.47MeV)+ 7Li(0.84MeV) + (0.48MeV) (96%) 产生的产生的4粒子和粒子和 7Li核的射程都很短核的射程都很短,分别为分别为5m和和8m, 它们能有效地杀死癌细胞它们能有效地杀死癌细胞,而对周围正常细胞损伤很小。而对周围正常细胞损伤很小。 3BNCT中子源中子源l一个理想的一个理想的BNCT中子源应具备下列性质中子源应具备下列性质:l源的主要成分是源的主要成分是1eV到到10keV的中子；的中子；l源在病人辐照区的通量大于或等于源在病人

33、辐照区的通量大于或等于109量级也量级也即在一个小时内可将总量约即在一个小时内可将总量约1012的中子注入病的中子注入病灶；灶；l源的快中子成分足够低；源的快中子成分足够低；l源的源的射线成分足够低；射线成分足够低；l源的方向性足够好。源的方向性足够好。 l目前能够最大程度接近这些要求的中子源只有目前能够最大程度接近这些要求的中子源只有反应堆中子源，但世界上正全力开拓小型加速反应堆中子源，但世界上正全力开拓小型加速器中子源及辅助设备，从器中子源及辅助设备，从90年代初开始，已吸年代初开始，已吸引了几十个研究组在开展研究工作。引了几十个研究组在开展研究工作。l 加速器产生中子的方法一般用加速器产

34、生中子的方法一般用7Li (p,n)、9Be(p,n)或或9Be(d,n)，高能质子或氘核（能量高能质子或氘核（能量大于大于2.4MeV轰击轰击Li靶或靶或Be靶，产生能量大于靶，产生能量大于700keV的中子，再经慢化装置变成超热中子。的中子，再经慢化装置变成超热中子。 4、剂量计算、剂量计算 l上世纪上世纪80 年代以前的常规放疗，年代以前的常规放疗，l90 年代初的立体定向治疗，年代初的立体定向治疗，l90 年代中期的适形放射治疗，年代中期的适形放射治疗，l90 年代末期的适形调强放射治疗，年代末期的适形调强放射治疗，l当今的图象引导放射治疗当今的图象引导放射治疗Gamma Knife3

35、D 适形放射治疗设备适形与适形调强的区别适形与适形调强的区别l3D Conformal 仅仅是几何形状的符合，辐射野内的剂量强度是均匀的。 l3D 适形调强放射治疗(3D Conformal and Intensity Modulation-IMRT) 则要求不仅几何形状符合，辐射野内的剂量强度也要根据临床要求实时调变，如前一页图 所示。腹腔放射治疗腹腔放射治疗IMRT 与常规治疗的剂与常规治疗的剂量分布区别量分布区别(右图为右图为IMRT）图象引导放射治疗设备图象引导放射治疗设备（Image Guide RadioTherapy-IGRT）lIGRT 是将MV级的图象获取和处理技术与放射治疗

36、机系统集成，l即：在医用电子直线加速器上安装了MV 级X 射线平面成像和图象处理系统。l又称为射野影象系统(Electronic Portal Imaging System - EPID)，配备有配备有KV 级级X 影象系统的医用电子影象系统的医用电子直线加速器直线加速器设备的实物照片l国际卫生组织（国际卫生组织（WTO）的统计数据表明：）的统计数据表明：l70%左右的肿瘤患者需要接受放射治疗；左右的肿瘤患者需要接受放射治疗；l肿瘤治愈率肿瘤治愈率45%中，手术治疗贡献为中，手术治疗贡献为22%，放射治疗为，放射治疗为18%，化疗为，化疗为5%。l因此，放射治疗在肿瘤治疗中所起的作因此，放射治

37、疗在肿瘤治疗中所起的作用是不可替代的。用是不可替代的。l它与手术治疗和化学药物治疗组成了肿它与手术治疗和化学药物治疗组成了肿瘤的三大治疗手段。瘤的三大治疗手段。l国内外约有国内外约有50%70% 癌症患者需要单癌症患者需要单纯放射治疗或与手术、药物配合接受放纯放射治疗或与手术、药物配合接受放射治疗射治疗l肿瘤患者的肿瘤患者的5年生存率已经达到年生存率已经达到45%以上，以上，即约有半数以上的肿瘤患者可以被治愈。即约有半数以上的肿瘤患者可以被治愈。配备有配备有KV 级级X 影象系统的影象系统的医用电子直线加速器医用电子直线加速器Tomotherapy 设备的原理结构示意设备的原理结构示意Tomo

38、 therapy 设备的实物照片设备的实物照片l1968 年瑞典年瑞典Elekta 公司推出了将公司推出了将201 个个Co-60 源的射线汇聚于中心靶点来治疗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颅内病变的立体定向放射外科装置(Stereotactic Radiosurgery-SRS)，称为，称为伽玛刀。伽玛刀。Gamma Knifel最大限度地将放射线的剂量集中照最大限度地将放射线的剂量集中照射到病灶（靶区）内，杀灭肿瘤细射到病灶（靶区）内，杀灭肿瘤细胞，胞，l同时使周围的正常组织和关键器官同时使周围的正常组织和关键器官（organ at-risks， OARs）免受

39、或）免受或尽可能少受不必要的照射尽可能少受不必要的照射l 立体定向放射治疗立体定向放射治疗(stereotactic radiotherapy, SRT)，三维适形放射治疗三维适形放射治疗(three-dimensional conformal radiation therapy, 3DCRT)，90年代以来又提出了年代以来又提出了调强适形放射治疗调强适形放射治疗(intensity modulation conformal radiation therapy, IMRT)，电电子照射野显像系统（子照射野显像系统（Electronic Portal Imaging Device，EPID）等。

40、等。l l随着计算机技术的进步和加速器设备的升级，随着计算机技术的进步和加速器设备的升级，放射剂量分布在空间三维方向上与肿瘤形状一放射剂量分布在空间三维方向上与肿瘤形状一致的三维适形放射治疗（致的三维适形放射治疗（3-Demensional Conformal Radiotherapy，3-DCRT）技术和）技术和不仅剂量分布与肿瘤形状一致，而且剂量强度不仅剂量分布与肿瘤形状一致，而且剂量强度分布也可以调节的调强适形放射治疗分布也可以调节的调强适形放射治疗（Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT）技术得以实现，在放射物理的保障下，这些技技术得以实现，在放射

41、物理的保障下，这些技术在临床上的应用越来越普及。术在临床上的应用越来越普及。lIGRT是一种四维的放射治疗技术，它在是一种四维的放射治疗技术，它在三维放疗技术的基础上加入了时间因数三维放疗技术的基础上加入了时间因数的概念，的概念，l利用各种先进的影像设备利用各种先进的影像设备-CT，MRI等等对肿瘤及正常器官进行实时的监控，使对肿瘤及正常器官进行实时的监控，使之能做到真正意义上的精确治疗。之能做到真正意义上的精确治疗。 l 电子射野影像系统（电子射野影像系统（EPID）作为）作为IGRT家族中的一员，在精确治疗中起着重要家族中的一员，在精确治疗中起着重要的作用。它是一种实时的数字化摆位验的作用

42、。它是一种实时的数字化摆位验证系统，就象一个警惕的证系统，就象一个警惕的“哨兵哨兵”，监，监控着肿瘤及其周围器官的变化控着肿瘤及其周围器官的变化 l 精确精确l（在射线入射到组织时尽可能做到（在射线入射到组织时尽可能做到精确）精确）l新放射源的开发应用新放射源的开发应用l由于目前使用的光子射线（由于目前使用的光子射线（射线，射线，X射线）和电子射线都是低射线）和电子射线都是低LET射线，射线，所以在人体组织内很难达到理想的所以在人体组织内很难达到理想的剂量分布和好的生物效应。剂量分布和好的生物效应。l含氧量低的肿瘤杀伤差含氧量低的肿瘤杀伤差l从皮肤到深部肿瘤部位都有能量释从皮肤到深部肿瘤部位都

43、有能量释放放新开发的放射线应该具备以新开发的放射线应该具备以下特点：下特点： （1）生物效应好：在肿瘤细胞中产生不同于）生物效应好：在肿瘤细胞中产生不同于正常组织正常组织的生物效应，不受缺氧影响的生物效应，不受缺氧影响这就是是高这就是是高LET（linear energy transfer）射射线线 的特性的特性（2）有好的能量分布）有好的能量分布: 能在肿瘤部位释放高能在肿瘤部位释放高剂量。对正常组织影响小。主要是由于这类剂量。对正常组织影响小。主要是由于这类射线能产生射线能产生Bragg 峰峰 （如下图）（如下图） 线性能量传递线性能量传递 （Liner Energy Transfer.

44、LET） LET=EXKeV/l质子、负质子、负 介子和氦、碳、氮、氧、氖介子和氦、碳、氮、氧、氖等重离子，它们的物理特点之一就是在等重离子，它们的物理特点之一就是在组织中具有一定的射程，即达到一定深组织中具有一定的射程，即达到一定深度后，辐射能量急剧降为零，形成度后，辐射能量急剧降为零，形成Bragg峰。这一特点在临床治疗中有重峰。这一特点在临床治疗中有重要意义，位于射程以外的组织可以免受要意义，位于射程以外的组织可以免受辐射的作用，认识这点有利于保护肿瘤辐射的作用，认识这点有利于保护肿瘤周围的正常组织。周围的正常组织。l1946年，年，Wilson 在研究在研究Berkeley回旋回旋加速

45、器产生的质子的剂量深度分布特征加速器产生的质子的剂量深度分布特征时发现，在粒子射程的末端能量沉积急时发现，在粒子射程的末端能量沉积急剧增加，很快减弱到零剧增加，很快减弱到零l这种电离密度的增加在这种电离密度的增加在1903年早已为年早已为Bragg应用应用粒子所证实，即著名的粒子所证实，即著名的Bragg峰（峰（Bragg peak）。）。l重离子是指原子序数重离子是指原子序数Z2的原子在被的原子在被部分或全部剥离了电子之后形成的部分或全部剥离了电子之后形成的离子。离子。l这些离子在经过加速器加速之后，这些离子在经过加速器加速之后，带有很高的能量带有很高的能量 lX射线、射线、射线等低射线等低

46、LET射线在其入射路射线在其入射路径上能量是逐渐损失的，径上能量是逐渐损失的，lBragg Peak的剂量分布则不同，在射程的剂量分布则不同，在射程的前面能量损失很少，在射程末端能量的前面能量损失很少，在射程末端能量损失突然加大，又很快消失到损失突然加大，又很快消失到0，形成了，形成了Bragg峰，峰， l在单位射程内沉积更多的能量，能密集在单位射程内沉积更多的能量，能密集地杀伤肿瘤细胞。地杀伤肿瘤细胞。l剂量分布的剂量分布的Bragg Peak使得入射路径的使得入射路径的能量沉积很低，能量沉积很低，大大减轻了对正常组织大大减轻了对正常组织的杀伤。的杀伤。l高的相对生物学效应使得应用相同剂量高

47、的相对生物学效应使得应用相同剂量照射生物体而能产生更大的肿瘤杀伤效照射生物体而能产生更大的肿瘤杀伤效应，应，或者说达到同样的肿瘤杀伤效应，或者说达到同样的肿瘤杀伤效应，但造成的副效应更低。但造成的副效应更低。l它对肿瘤的杀伤效应对氧的依赖性很低，即使它对肿瘤的杀伤效应对氧的依赖性很低，即使对含氧量低的肿瘤组织其效果依然很好。对含氧量低的肿瘤组织其效果依然很好。l重离子在杀伤肿瘤细胞后，肿瘤细胞自身修复重离子在杀伤肿瘤细胞后，肿瘤细胞自身修复的能力大大降低，从而提高了肿瘤治疗效率。的能力大大降低，从而提高了肿瘤治疗效率。l对处于细胞周期任何时相的细胞都具有几乎同对处于细胞周期任何时相的细胞都具有

48、几乎同样的生物效应。对非增殖期细胞或处于样的生物效应。对非增殖期细胞或处于S期的期的细胞也有同样的放射敏感性。细胞也有同样的放射敏感性。新开发的或处于研究中的新开发的或处于研究中的射线：射线： 质子（质子（protons）、）、中子（中子（neutrons）、）、重离子重离子(Heavy ions)、负负介子介子(negative pions)。其中只具有（其中只具有（1）的特性的有中子，只具有（的特性的有中子，只具有（2） 的特的特性的有质子，而重离子和负性的有质子，而重离子和负介子则介子则兼有（兼有（1）和（）和（2）两种优点。现在广）两种优点。现在广泛使用的泛使用的X射线，射线，射线，电

49、子线则射线，电子线则都是低都是低LET射线，不具备以上二种特射线，不具备以上二种特性性 l 高高LET射线比现在常用的放射线（射线比现在常用的放射线（X射射线、线、电子射线）具有较好的生物学特电子射线）具有较好的生物学特性，能增强对肿瘤的杀伤作用，性，能增强对肿瘤的杀伤作用，l具有较大的质量，高具有较大的质量，高LET射线的产生以射线的产生以及临床应用时的调控都比低及临床应用时的调控都比低LET射线更射线更难，费用高。难，费用高。l传能线密度表示带电粒子在某一长度径传能线密度表示带电粒子在某一长度径迹上消耗的能量与该径迹长度之比迹上消耗的能量与该径迹长度之比(keV/m)。LET越大，说明该粒

50、子在单越大，说明该粒子在单位长度的组织内释放的能量越多，电离位长度的组织内释放的能量越多，电离密度越大，因而对生物组织和分子的损密度越大，因而对生物组织和分子的损伤就越大，伤就越大，lLET是衡量射线产生生物效应能力的物是衡量射线产生生物效应能力的物理量理量 （Liner Energy Transfer. LET） LET=EXKeV/lOER是缺氧状况下产生一定的生物效应是缺氧状况下产生一定的生物效应所需的射线剂量与有氧状况下产生同样所需的射线剂量与有氧状况下产生同样生物效应所需剂量的比值，高生物效应所需剂量的比值，高LET射线射线可以克服缺氧对杀伤肿瘤的影响。可以克服缺氧对杀伤肿瘤的影响。