第二节 三维适形与调强放射治疗
为了提高外照射的治疗比，人们越来越关注先进放疗技术的应用。在传统的二维（2D）时代，一方面肿瘤医师不能够精确定位肿瘤的位置，另一方面照射野的形状不能与肿瘤靶区形状精确适形，因此正常组织可能会受到大量的照射。CT等影像技术的进步使得放疗进入三维（3D）的治疗时代。特别是现在的IMRT技术和图像引导技术的应用，改变了我们最小化正常组织损伤的方法。随着三维适形放射治疗（3DCRT）与IMRT技术在放疗中的广泛应用，医生们了解这些技术在减少正常组织毒性方面的优势和局限性是非常重要的，这样就能最优化地利用它们来降低正常组织的风险、从而提高治疗比。
3DCRT是于20世纪80年代基于CT影像数据发展而来的一项技术，它可以确定组织和器官的解剖轮廓，并通过它们的电子密度差异来进行剂量计算。3DCRT在3D方向上每个射野的形状都与靶区相适合，并将剂量均匀输出至靶区，通过人工调节楔形板角度、射野方向与权重来调节靶区剂量的均匀性以及周围危及器官的受量。但是这种调节相对简单、且依赖于计划者的经验，最终产生的三维剂量分布通常是一个凸多边形状，再加上照射野相对较大，因此在很多情况下正常组织并不能被很好地保护。
IMRT则是在3DCRT基础上的进一步发展，自1990年代早期IMRT被应用于临床以来，目前已成为一项常规开展的技术。IMRT通过多角度射野设置、多子野分割、滑窗等技术使均匀输出的通量分布变成不均匀分布，明显增加了靶区的剂量适形性，以避免或减少正常组织的照射，最大限度地限制治疗的副作用。IMRT的主要优势是其对凹凸靶区的适形能力，特别是凹面邻近重要器官时尤有优势。据估计，临床治疗的PTV有30%是凹形的靶区，因此可以从IMRT明显获益。另一方面，IMRT治疗方案是在治疗计划系统内通过逆向治疗计划的设计而得到，可以获得较正向计划方法更优的靶区适形性和更窄的侧向半影。通过调节每个射野的通量强度，在肿瘤靶区和正常器官之间形成一个很窄的剂量梯度，通常允许至少95%的PTV接受规定的处方剂量，同时保证周围正常组织的受量在既定的耐受范围之内。图7-2-1为IMRT与3DCRT技术的剂量分布图，其中图A、B、C所示为3DCRT剂量分布，图D、E、F所示为IMRT剂量分布，其中IMRT的剂量靶区适形性明显优于3D-CRT。
相比于3DCRT，IMRT可以提供更适形紧密的剂量分布，从而显著降低正常组织的照射剂量。结合IGRT的使用，一方面提高了摆位的精确性从而一定程度上缩小了PTV的margin；另一方面可以根据肿瘤位置与形状的变化从而适应性地修正原始治疗计划，以期在保证治疗精确性的同时最大程度地降低正常组织的受量。最近发展了许多技术，它们能够利用IMRT的优点，使MLC的动态运动和X射线源同时运动。弧形调强放疗（IMAT）是Yu提出的断层疗法的替代疗法，该疗法通过单弧或多弧以及基于MLC的调制实施照射剂量，以使照射野与靶区相适形并保护周围正常组织。VMAT是由Otto提出的一种单弧形式的IMAT，它还可以使用可变剂量率来调制剂量。虽然VMAT比静态IMRT实施具有治疗时间优势，但没有证据表明一种技术优于另一种技术。
现有的临床证据显示IMRT是一项安全可靠的局部治疗技术，在一些肿瘤的治疗中能显著提高疗效。使用IMRT减少正常组织的剂量是临床应用的一个重要目的。计划师在治疗计划设计时设置危及器官（OAR）的剂量限制，通过计算机强大的逆向计划优化功能来提供CRT几乎不可能实现的剂量限制结果。IMRT还可以结合大剂量分割技术以进一步降低OAR的毒性。
一些纵向研究显示，相比于2D放疗和3DCRT，IMRT在头颈部肿瘤放疗中可以显著改善吞咽、口腔干燥、唾液黏稠、进食和治疗后口腔张开相关的生活质量。PARSPORT研究已经表明，与3DCRT相比，IMRT更好地保护了唾液腺，并且显著降低了咽部肿瘤患者口干症的发病率，其12个月的LENT SOMA≥2级口干症评分为39%（3DCRT为74%，P=0.002）。
Zelefsky等报道使用IMRT患者的急性1级和2级直肠毒性和晚期2级直肠出血风险的发生率明显偏低，而尿毒性则与3DCRT相当。Mundt等报告了在妇科恶性肿瘤的全盆腔放疗中，IMRT治疗的耐受性较好，相对于3DCRT，其减少了急性的胃肠后遗症。Nutting等报告了前列腺癌患者使用IMRT照射盆腔淋巴结时（50Gy），其对照射35~50Gy的肠道部分的保护明显优于3DCRT。
与3-CRT相比，IMRT的剂量学优势使得某些肿瘤治疗的副作用明显减少。但IMRT需要占用更多的时间和资源来完成。此外，IMRT与3D-CRT的成本效益还没有确定。更重要的是，当IMRT的射野<5个时，相对于3DCRT的优势则变得不明显。
增加靶区剂量的适形性是有代价的，在IMRT治疗期间总有一部分加速器机头引出的射线束会被遮挡，这会导致两个结果，首先，由于MLC漏射线缘故，在患者治疗体积外将会有剂量。剂量的空间分布和大小则依赖于MLC的操作和设计，以及基于治疗计划算法的调制模式。其次，因为单位时间内照射的剂量较少，因此IMRT治疗计划的结果使MU增加了大约3倍，出束时间的延长会增加从准直器和线束修正器等发出的散射线。Verellen和Vanhavere认为IMRT治疗时全身的等效均匀剂量为每MU 1.6×10-2mSv。由于儿科患者的晚期效应特别引起关注，Klein等人研究了儿童调强放射治疗中的散射剂量，结果显示：散射剂量随着远离射野的增加而增加。
值得注意的是，IMRT采用多野照射技术以及产生大量的MU，会导致大体积的低剂量区，这可能是二次癌症发生的最根本原因。IMRT可能会使长期存活的患者实体癌症发病率加倍。在局部肿瘤控制的改善和急性毒性减少的前提下，这种增加的发病率在老年患者中是可以接受的，但在儿童患者中则需要提高警惕。首先，儿童对辐射诱发的癌症比成人更敏感；其次，源于治疗区的散射线在儿童的小身体中更为重要；第三，基因易感性是由于许多儿童癌症都涉及了胚系突变。一些放射生物学研究人员担心包括IMRT、HT、VMAT在内的精确放射治疗可能通过增加正常体积接受低剂量而增加二次癌症的发病率，这是一个颇具争议的话题。这种低剂量主要是由于加速器机头和MLC的泄漏以及入射线在患者体内的内部散射所致。MLC的次级射线在IMRT计划的低剂量中占了很大一部分。研究发现，儿童和年轻患者的风险要高于成人，深部肿瘤治疗的二次癌症风险要高于浅部肿瘤。