放射治療技術發展新趨勢

醫放系　李宗其助理教授

　　自從崙琴在1895年發現 x 光以後，放射線很快的就被用在癌症治療上。放射治療的主要原理，是以放射線在人體作用所釋放的能量，直接或間接殺死癌細胞，來達到腫瘤控制的目的。雖然在這過程中，正常組織也無可 避免地會接受到輻射劑量；但因正常細胞對輻射傷害的忍受度較癌細胞高，再經由照射技術的巧妙設計，因此能將劑量大量集中在腫瘤上，而避免正常組織受到過高劑量的傷害。

　　近年來由於放射物理、輻射生物及電腦科技的快速發展，放射治療技術更是一日千里。這種進步主要圍繞在兩個方向：一、更新的放射治療技術發展，二、更準確的腫瘤定位。前者的發展主要在追求更先進的照射方法 ( 如使用物理特性更佳的輻射源，或發展更複雜的照射技術等 ) 以達到劑量集中的目的；後者則在減少照射過程中治療的不確定性 ( 即照射腫瘤靶極位置的正確定位 )。

一、更新的放射治療技術發展

　　光子與電子一直是傳統上被用來做為放射治療的輻射選擇，主要是因為其較容易產生。產生光子或電子射束的方式，從最初的天然放射性同位素 ( 如鐳針 )、低能量 x 光機、電子加速器、中高能 x 光機、人工鈷六十射源，到今日最普遍的直線加速器，其所產生的射束能量越來越高，在人體的穿透力亦越來越強。而更重要的是，高能 x 光射束不會在體表造成過高劑量 ( 稱作皮膚免除效應 )，以妨害深部腫瘤劑量的提高，故今日放射治療所能達成的腫瘤控制率，實非二十年前所能想像。

　　然而從輻射生物及放射物理特性來看，光子與電子並非最佳的放射治療射源選擇。快中子射束、硼捉中子治療技術 ( boron neutron capture therapy, BNCT )、質子射束及重粒子射束，皆曾被建議用來取代現有的光子及電子射束。世界上許多先進的研究單位，仍致力於這方面的發展。在國內，目前僅有清華大學在其研究用的反應爐，進行硼捉中子治療技術的研究，其他方面仍付之闕如。而其中，質子射束被認為是最有潛力應用到臨床的射源。國內亦有長庚、台大及台北榮總等醫院，對其引進表達高度興趣。圖一顯示各種不同的臨床射束在人體組織的穿透特性，可以很明顯的看出在質子射束所造成的所謂布拉格峰 ( Bragg Peak )，後面幾乎沒有輻射劑量，在臨床上可利用這樣的特性去閃避重要器官，使得腫瘤得到更高劑量而將正常組織的劑量減到最少。現今世界上已有少數醫院專屬的臨床質子治療設施在運作，而其最大的缺點，即是高昂的初始設備投資費用 ( 約數千萬美金 )。若不須考慮經費問題，則質子射束應可完全取代光子或電子射束的使用。

　　在質子射源無法普遍應用在臨床前，許多發展都著重在如何利用更複雜的照射技術，使得現存光子射束能形成更好的劑量分佈。這方面技術的進展，從最早的平行對照技術 ( parallel opposing pairs )、三度空間順形放射治療技術 ( three-dimensional conformal radiation therapy, 3DCRT ) 到目前應用最廣的射束調強放射治療技術 ( intensity modulated radiation therapy, IMRT )，其進展分別代表不同世代的發展概念。在電腦斷層影像應用到臨床之前，早期平行對照技術，使用二維的治療概念做大面積的照射，自然難以達到最佳的治療效果。而電腦斷層影像所提供的三維解剖資訊大量應用到臨床後，照射射束的設計概念，改為以三度空間的方式思考，正常組織的劑量得以大量降低。射束調強放射治療技術，則更進一步的利用數學上對射束照野內光子強度的最佳化運算 ( inverse planning )，藉改變照野內不同位置的射束強度，以避開緊臨腫瘤的重要器官，達到提升腫瘤劑量或降低重要器官劑量的目的。現今臨床上最現代化的治療機器，有許多使用這樣的概念，發展出針對不同病兆的特殊治療技術，如 cyberknife, tomotherapy, mMLC based radiotherapy…等。

二、更準確的腫瘤定位

　　腫瘤定位問題又可分兩個方向發展：( i ) 治療靶極範圍的精確定義，( ii ) 治療位置的不確定性。

　　就前者來說，即是治療範圍到底應該有多大？其問題不僅包涵從 CT 或 MRI 等影像工具所能看到的腫瘤生長範圍，亦應考量輻射生物學上的缺氧效應 ( hypoxia )、腫瘤生長速度 ( tumor growth ) 及腫瘤負擔 ( tumor burden ) 等現象所建構的生物靶極 ( biological target volume ) 大小。很不幸的，目前科技在這方面的進展，遠不如放射物理快速，因此留下很大的研究發展空間。而PET／CT 引介到臨床，對此問題的解決，提供了一個相當有利的研究工具。希望在不久的將來，藉由更多放射標誌藥物的發明，能夠在這方面有大的進展。

　　在治療的不確定性方面，主要的誤差來源，有治療位置設定誤差及治療過程中的腫瘤位移。治療位置設定誤差，可由更精確及複雜的固定器具，減少至 某種程度；但欲進一步減少，則有賴新近發展之影像導引放射治療 ( image-guided radiotherapy, IGRT ) 概念的應用。這個概念簡單的說，即是病患在治療床上設定完成後，利用影像工具在治療前對腫瘤做最後的定位。其影像工具，可以是利用交叉擺設的兩台 x 光機影像，對骨頭做三度空間的幾何定位；或是將 CT 與直線加速器整合在一起的 tomotherapy 概念等。

　　對治療過程中的腫瘤位移，臨床上的處置方法，目前僅有所謂的呼吸同步放射治療概念，其方式是利用偵測置放在體表，或植入體內之標誌物 ( marker ) 的移動，來即時的操控射束的開關。當腫瘤移動至預先設定的治療範圍時，即啟動射束，反之，則將射束停止。這個技術最大的困難，在於如何對器官位移大小做即時而準確的偵測，並做出及時的反應。對置放在體表的標誌物來說，其優點是偵測容易，但不一定能代表真正的腫瘤位移大小；對植入體內的標誌物而言，雖能真正代表腫瘤位移大小，但卻需施行侵犯性的程序，因此很難對其優劣做最後的評斷。現今有許多的研究，試圖利用非侵犯性的影像工具，來做腫瘤位移的追蹤，然其困難仍在如何即時處理大量的影像資訊，以做腫瘤的精確定位。