目前大约70%以上的肿瘤患者需要行放射治疗，本文从技术成熟度、价格、临床效果等方面比较了各种外照射放疗技术的优劣。光电子仍然是目前技术最成熟、适用范围最广、最经济的精准放疗手段，质子、重离子等放疗手段尽管从物理特性上体现了一定优越性，但距离大规模产业化应用还有大量技术、临床疗效、成本控制等难题有待解决。

    放射治疗简称放疗，是利用放射线杀死癌细胞，使肿瘤缩小或消失，是治疗肿瘤的主要手段之一。随着医学技术的发展，放疗技术进入了精准治疗时代，任何部位都可采用放疗，特别是那些手术暴露困难或重要功能区或肿瘤侵入无法切除的肿瘤，如脑瘤、脊柱肿瘤、肺癌等。目前大约70%以上的肿瘤患者需要行放射治疗。WHO公布45%的恶性肿瘤可以治愈，其中手术治疗占22%，放射治疗占18%，化疗治疗占5%。

    外照射放射治疗是指利用放射线从人体外一定距离的机器（如钴-60机器为75cm、直线加速器为100cm）发出照射肿瘤。这种射线能量高，穿透力强，肿瘤能得到相对均匀的放疗剂量，外照射是目前放疗应用较多的一种方法。因此，本文重点介绍各种外照射放疗技术。包括光电子放射治疗、质子治疗、重离子治疗及硼中子俘获治疗。

图1 外放射治疗：放射源在人体外

    近20年以来，光电子放射治疗技术已取得了长足进展。三维适形放疗、调强放疗、立体定向放疗、大剂量立体消融放疗、容积旋转调强放疗、螺旋断层放疗等先进放射治疗技术层出不穷，大幅提高了肿瘤靶区的物理适形度和治疗效率。下面对各种放疗技术进行简单介绍。

图2 医用电子直线加速器（70%以上的恶性肿瘤患者需接受放疗）

    适形放疗的出现是为了克服普通放疗过多照射正常组织的问题，它从多个角度照射肿瘤，而且每个入射角度的射野轮廓线和那个角度所看到的肿瘤形状相一致，即“适形”放疗。

    适应症与不足：可以满足多数肿瘤的基本治疗要求，适应症很广泛。在个别与周围正常组织关系紧密的肿瘤放疗时，仅仅适形可能还是不够的，另外，有时候医生还需要进一步调整照射野内部的剂量分布，比如对肿瘤残留区域加大剂量，人为做出高剂量区和低剂量区，这种“调强”的要求适形放疗难以做到。

    调强放疗是在适形放疗的基础上，做到靶区内的剂量按照治疗需要进行调节，有的地方高，有的地方低。这样不仅可以产生高度适合肿瘤靶区形状的剂量分布，还能降低靶区内外需要特别保护的正常组织的受照剂量。临床研究证明调强放疗比适形放疗疗效更好，造成的正常组织损伤更小。但是调强放疗对患者治疗体位固定要求更精准，因为微小的体位移动都可能会把高剂量区移到周边不该照射的正常组织里。

    适应症与不足：调强放疗对3DCRT难以治疗的肿瘤周边有需要保护的重要正常组织的病例效果要好，还有那些需要在治疗区域内的高危区域每次治疗时特别再加量的情况。但调强放疗对放疗团队要求要求比较高，包括对患者的摆位精度、医生靶区勾画能力、物理师的计算水平都是考验。调强放疗需要有经验的放疗团队，否则，精确地打击就可能会变成精确地遗漏。

    图像引导放射治疗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的概念，充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸和蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等情况，在患者进行治疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗。

    适应症与不足：可以提高胸腹部肿瘤治疗精准性，但是给治疗过程带来很多验证及跟踪的工作量。

    VMAT是在调强放射治疗IMRT和影像引导放射治疗IGRT基础之上随着计算机发展和放疗设备改进而产生的更为先进的放疗技术，此技术在治疗期间能使加速器机架角度及速度、多叶光栅MLC叶片位置、剂量率、准直器角度同时变化，在允许高度适形治疗计划应用的同时大幅提高了工作效率，减少了患者的治疗时间，减少了因治疗期间患者体位移动造成的周围正常组织官受照而引起的放疗不良反应的发生。

    适应症与不足：在各种肿瘤治疗上有其良好的获益。但是对硬件设备要求很高，目前缺乏国产支持容积调强的加速器等产品。

    SRT就是利用立体定向技术进行病变定位，用小野集束单次大剂量照射靶区，使之产生局灶性坏死，从而达到类似手术的效果。SRT设备和放射源：包括γ刀和X刀。由钴-60作为放射源的立体定向放疗称为γ刀，由加速器作为放射源的立体定向放疗俗称为X刀。两种“刀”都是放射线通过多个不同的方向聚焦到肿瘤灶，在破坏肿瘤的同时能较好地保护周围正常组织。治疗的结果像刀切除一样让肿瘤坏死消失，所以形象地比喻成“刀”。γ刀或X刀都是放疗的一种特殊技术，而不是真的开刀手术！

    适应症与不足：γ刀照射更加精确，是有创固定，一般只作一次，所以适合颅内18mm以下的病变。γ刀造价昂贵，钴-60的半衰期为5.3年，每隔5-10年更换一次钻源，不适于分次照射。X刀造价低，易于改装，治疗灵活，可对肿瘤进行立体定向分次照射，适于对较大病灶不规则病灶的治疗。但是X刀不如γ刀精确，不适合细小病变的治疗。X刀治疗颅内病变时用无创固定技术，所以利于分次治疗，适合各种体积病灶，对体积稍大的病变更显优势。

    大剂量立体消融放疗是立体定向放疗的延伸。最早SRT从头部延伸到体部被叫做立体定向体部放疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）。美国MD安德森癌症采用大剂量SBRT技术在早期肺癌中取得了良好的局部控制率，达到和手术相媲美的临床结果，被专门定义为立体定向消融放疗（SABR）。

    适应症与不足：不能承受手术的老年患者、肺功能差的患者，SABR单次剂量特别高，所以每次治疗都需要进行图像引导。因此单次治疗耗时较长，大约30-45分钟，但是整体治疗周期短，只需要一周左右。它的价格便宜，患者痛苦、花费都少。国产的体部γ刀过去由于缺少图像引导一直不被国际主流放疗圈接受，近年来带有图像引导的γ刀开始应用于临床。

    集适形调强放疗、影像引导放疗、剂量引导放疗为一体，在CT引导下360°聚焦照射肿瘤，对恶性肿瘤进行高效精确的治疗。Tomo的精度很高，在每次治疗前都会和历史影像进行对比，根据患者肿瘤部位每日的变化动态实时地调整照射范围和角度、剂量。

    适应症和不足：Tomo可以同时治疗任何形态、任意大小、任意数量、任意部位的肿瘤。尤其适合全脑全脊髓照射，可以从头到脚无接缝地照射。在超长、超大照射野的治疗上Tomo放疗有明显的优势。例如骨髓移植前对病人行全身或全骨髓照射，或儿童脑瘤中的神经管胚细胞瘤，需要做中枢系统全脑全脊髓的照射。对于存在多发转移情况的患者，如果通过Tomo放射治疗，可以对所有发现的病灶部位同时进行放射治疗，而且能保证不同的部位给予不同的放射剂量，治疗效果更好，时间更短。Tomo放疗设备也非常昂贵，患者治疗费高。

    质子或重离子（如碳离子）由于其“布拉格峰”的物理特性及良好的生物特性，作为新兴的放疗技术从理论上能够对肿瘤病灶进行强有力的照射，同时又避开照射正常组织，实现疗效最大化，目前处在发展初期，临床效果还有待进一步研究，距离商业应用并且普惠普通老百姓还有非常长的路要走。下面对质子重离子放射治疗情况进行介绍。

    质子放疗的研究始于上世纪40年代，但很长一段时间内研究进展缓慢，直到1990年，美国加利福尼亚州罗玛琳达大学医学院（LLUMC）建成了国际上第一台专门为治疗患者设计的质子同步加速器。在此期间质子放疗技术也有了长足的发展，主动扫描技术逐步取代被动散射成为新建质子放疗中心的治疗方式。主动扫描虽然能避免次级中子对人体不必要的辐射，但是它也因此对器官运动非常敏感，引起的剂量误差可以达到20%，该研究还发现仅仅靠肿瘤运动跟踪可能还不足以避免这些位置误差。此外，治疗过程中肿瘤体积、病人体型的改变都可能导致离子布拉格峰位置与肿瘤靶区的错位，因此增加了治疗过程中的不确定性，限制了它的适用范围，相关的技术还需要进一步完善。

    尽管质子放疗有更好的剂量特性，但从目前的临床结果来看，国际肿瘤放疗界对其治疗并不完全认同。有研究收集分析了美国在2000-2007年间前列腺癌接受光子调强放疗（IMRT）或三维适形放疗（3D-CRT）的患者13660例和质子放疗684例。分析结果表明，肿瘤的控制率在质子放疗和3D-CRT/IMRT放疗没有明显差别，放疗后的不良反应，在质子和3D-CRT/IMRT放疗之间也没有显著不同。

    2016年完成的质子放疗的第一次随机对照试验（RCT）表明：对于肺癌，质子放疗并不优于IMRT，治疗失败率和存活率两者都没有明显差别。该试验是在德州大学安德森癌症中心（M.D.erson）和麻省总医院癌症中心完成的。有些专家因此认为质子放疗应该继续处于试验状态，比如美国马里兰大学的Martin Edelman博士就指出：“一项技术，就像药物一样，在没有验证其好处前不应该被采纳”。目前离子放疗的临床研究超过100多项，包括13项临床随机研究，虽然质子放疗可能降低肿瘤周边组织受照射剂量，但剂量学优势能否转化为临床优势还有待进一步研究证实。

    适应症与不足：颅底的脊索瘤和软骨肉瘤、儿童肿瘤、神经肿瘤、肝癌、不能手术的直肠癌、不能手术的骨肉瘤、前列腺癌、甲状腺癌、骨盆的脊索瘤和软骨肉瘤。巧妙利用其物理能量特性可以达到其他射线难以比拟的治疗剂量分布。质子设备价格高达数十亿人民币，养护费用同样是天文数字，这导致每例质子放疗的费用高达几十万元（比如，上海质子重离子医院定价为一疗程未27.8万元），目前投产的质子治疗医院的收益水平有待观察。此外质子治疗效果的临床数据有限，其疗效能否达到价格一样的惊艳还有待观察。

图3 质子治疗设备占地相当于两三个足球场，每年的保养费占设备价格1/10

    重离子放疗相比质子放疗，技术上的发展要更滞后一些。尽管旋转机架已经在很多质子治疗中心得到应用，但目前仅有德国海德堡重离子治疗中心（HIT）使用了旋转机架，正如著名医学物理专家胡逸民教授指出的等中心旋转机架对碳离子（放疗）是非常重要的，没有旋转机架的话，很多肿瘤的治疗都会受到制约。德国HIT的旋转机架重达600吨而且价格昂贵限制了其应用，小型化使用超导磁体的机架尚在研发中，但所涉及的低温系统也增加了维护的难度。

    重离子放疗相对于质子最大的优势是其更高的相对生物学效应（RBE），但是重离子的RBE很复杂，影响因素很多，包括细胞类型、射线参数等。所以对于重离子放疗，仅仅考虑物理剂量是远远不够的。理论上，通过用恰当的方法预测治疗区域每个位置的RBE 就可以确定治疗所需要的剂量。目前不论是德国的GSI 还是日本放射线医学综合研究所（HIMAC），关于RBE 的计算都是与传统且理论技术相对成熟的放射经验和数据相关，从而确定重离子治疗相适宜的RBE值。也正因为碳离子的生物学效应比较重，一般认为其不适合儿童肿瘤的治疗。

    除了RBE的区别，重离子与人体内原子核发生核反应产生的轻离子会再在布拉格峰后面形成剂量尾巴，使肿瘤后正常组织也受到辐射伤害，也会增加横向散射和半影，这也是重离子放疗中需要考虑的问题。

适应症与不足：目前处理在临床研究阶段，还有大量临床问题有待解决，距离商用应用需要相当长的时间。

    BNCT通过将具有亲肿瘤组织的无毒的含硼药物注入人体血液，待硼药物富集在肿瘤组织后，利用中子束照射肿瘤部位，经由热中子与硼-10发生反应，放出具有高传能线密度（LET）特性、高相对生物效应（RBE）的α粒子来杀死癌细胞。过去几十年的BNCT临床治疗主要集中在治疗少数恶性肿瘤上，比如多形性胶质母细胞瘤（GBM）、恶性黑色素瘤和头颈部复发性肿瘤，对于其他种类常见肿瘤（肺癌、肾癌、肝癌等）也做了临床试治，都具有很好的治疗响应。

    BNCT独特的二元特征和靶向特征，使得其对弥漫性癌细胞的治疗具有天然优势，为人类最终根治肿瘤构划出了一幅光明的前景，然而BNCT的发展却始终受制于可以使用的中子源数目太少。国际原子能机构（IAEA）推荐的BNCT放疗用中子源超热中子强度需要每平方厘米每秒大于109个中子，以前能提供这样的中子源只有核反应堆，目前世界上作为BNCT研究用途的现役裂变核反应堆约有25座，但可作为临床治疗用途的核反应堆，仅有约八座，然而美国布鲁克海文国家实验室的医学研究反应堆（BMRR）、芬兰国家技术研究中心的研究堆（FIR1）因为维护经费等问题已终止治疗肿瘤。受制于原有核反应堆的数目少，改造难度大，以及运行成本高等因素，BNCT裂变反应堆中子源数目一直无法有突破性的扩大。使得BNCT竞争上处于劣势，而且整个反应堆建筑设施无法布置在现有医院中。

    为了突破目前的困境，基于加速器加速质子或氘打靶产生的中子源（散列中子源）以及基于D-D、D-T中子发生器的中子源（聚变中子源）成为中子俘获治疗界所亟欲追求实现的目标，此类中子源具有容易在现有医院布建、建造价格低、安全性高等优点。

综上，对各种放疗技术进行总结及对比如下：

    光子放射治疗发展有100多年的历史，技术成熟，已进入精准计划、精准定位、精准验证、精准实施的四精放疗时代。质子重离子放疗技术及硼中子俘获治疗仍然是一个正在发展中的技术，还处在发展阶段，尚需要进一步研究，临床疗效暂未表明具有显著优势。对重离子的放射生物效应估计和临床应用还没有完全成熟，需要进一步研究定量碳离子和其他重离子的放射生物效应。在设备建造方面，研究更经济的设备提高经济效益比也是一个重要的方向。