放射治療設(shè)備發(fā)展史

關(guān)于放射治療設(shè)備發(fā)展史第1頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三22016年1月，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院、國(guó)家癌癥中心赫捷院士、全國(guó)腫瘤登記中心主任陳萬青教授等在《CA：ACancerJournalforClinicians》雜志上發(fā)表了2015年中國(guó)癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。文章指出，我國(guó)癌癥發(fā)病率和死亡率不斷攀升，幾乎22%的全球新發(fā)癌癥病例出現(xiàn)在中國(guó)，27%的癌癥死亡病例在中國(guó)，2015年中國(guó)有429.2萬例新發(fā)腫瘤病例和281.4萬例死亡病例，并且癌癥預(yù)后一般較差，生存期較短，癌癥已成為我國(guó)因疾病死亡的第一大原因。1、放射治療的基本概念第2頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三3放射治療是利用高能射線來破壞癌細(xì)胞的DNA，使其失去分裂與復(fù)制能力，達(dá)到縮小、消除腫瘤組織的目的。這些射線可以是放射性核素產(chǎn)生的α、β、γ射線；x射線治療機(jī)和各類加速器產(chǎn)生的不同能量的x線；也可以是各類加速器產(chǎn)生的電子束、質(zhì)子束、負(fù)π介子束以及其它重粒子束等。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，70%的惡性腫瘤病人，治療某一階段需做放射治療。據(jù)WHO報(bào)告，45%的惡性腫瘤可治愈，其中手術(shù)治愈22%，放射治療治愈18%，化療治愈5%。放射治療的基本概念第3頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三4

1895年倫琴

發(fā)現(xiàn)X射線1901年榮獲首屆Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)2、放射治療發(fā)展歷史第4頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三51896年貝克雷爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性放射治療發(fā)展歷史第5頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三61896年居里夫婦發(fā)現(xiàn)鐳1903年Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)1911年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)放射治療發(fā)展歷史第6頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三71896年第一例放射治療1920’sx線治療喉癌鐳治療宮頸癌1930’sCourtard建立了分次放療的方法1950’s

鈷-60治療惡性腫瘤1970’sCT應(yīng)用于腫瘤診斷和治療加速器治療惡性腫瘤模擬定位機(jī)應(yīng)用1980’sMRI應(yīng)用于腫瘤診斷和放療放療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）應(yīng)用1990’s

適形放射治療及調(diào)強(qiáng)放射治療（IMRT）

CT模擬機(jī)第7頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三83、放射治療設(shè)備發(fā)展史放射治療技術(shù)是通過人工射線或天然射線對(duì)腫瘤病人或其他病灶實(shí)施無創(chuàng)性治療的現(xiàn)代放射治療手段。人工射線是由各類人工射線裝置或設(shè)備產(chǎn)生的放射線；天然射線是由天然放射性核素發(fā)出的放射線。放射治療設(shè)備是伴隨著放射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用研究而逐步發(fā)展起來的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療裝備。第8頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三9（一）放射線的發(fā)現(xiàn)與醫(yī)學(xué)應(yīng)用1895年，德國(guó)科學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線；1896年，法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性核素鐳(226Ra)；1898年，法國(guó)物理學(xué)家居里夫婦成功分理出放射性核素鐳，并首次提出“放射性”的概念，為放射診斷學(xué)和放射治療學(xué)奠定了基礎(chǔ)；1899年，在瑞典斯德哥爾摩，首次利用電離輻射治療皮膚癌患者；1905年，居里夫人與其他科學(xué)家一起發(fā)明了將核素鐳用鉑金封裝成管狀線源的放射源，用于治療皮膚癌和宮頸癌，開發(fā)出近距離敷貼治療和腔內(nèi)放射治療的新技術(shù)；第9頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三101906年，人們發(fā)現(xiàn)放射性核素產(chǎn)生的電離輻射僅對(duì)部分病種和病例有效，同時(shí)發(fā)現(xiàn)放療后存在放射損傷。當(dāng)時(shí)，沒有可靠的放射治療設(shè)備，基本靠手工操作，而放射性核素隨時(shí)都有放射性，對(duì)工作人員具有很大的輻射損傷和潛在的誤照風(fēng)險(xiǎn)，并且也不知道如何測(cè)量電離輻射的質(zhì)和量，對(duì)放射治療的機(jī)制不清楚，因而放療技術(shù)步入低潮。第10頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三11由于天然放射源存在能量低、放射性不易控制等缺點(diǎn)，只能用于表淺病灶的放射治療，對(duì)深部腫瘤無效。因此，研究人員轉(zhuǎn)向人工射線裝置和放射治療設(shè)備的研發(fā)。1910年，美國(guó)人Coolidge研制成功鎢絲熱陰極X線管。1913年，Coolidge研制成功140千伏(kV)級(jí)X線機(jī)。1922年后陸續(xù)研制成200~1000KVX線機(jī)。加在X線管上的電壓越高，X線的能量就越高，輻射就越深。因此，用X線管的管電壓來表示x線的輸出能量。根據(jù)不同的能量范圍，可將其分為以下三種類型。接觸X線治療機(jī)(10～60kV)；淺部X線治療機(jī)(60～160kV)；深部X線治療機(jī)(160～400kV)。（二）千伏級(jí)X線治療設(shè)備階段第11頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三12千伏(kV)級(jí)x線治療機(jī)具有輻射可控性等優(yōu)點(diǎn)，保障了工作人員的輻射安全性，因而受到設(shè)備操作人員的歡迎。理論和實(shí)踐表明，千伏(kV)級(jí)X線治療機(jī)輸出的X線的能量仍然太低，其最大劑量分布在皮膚下較淺部位，當(dāng)治療較深部位腫瘤時(shí)，在腫瘤尚未得到足夠劑量時(shí)，皮膚反應(yīng)已經(jīng)非常嚴(yán)重。受材料和安全技術(shù)等因素的制約，其管電壓不可能繼續(xù)提高，因此，千伏級(jí)X線治療機(jī)后來逐步走入低谷，直至淘汰，目前已經(jīng)很難見到。第12頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三131931年美國(guó)發(fā)明了電子靜電加速器。1937年美國(guó)和英國(guó)醫(yī)院安裝了1MeV的電子靜電加速器，后來提高到2.5MeV，但由于這類裝置的輸出能量仍然較低，而且體積龐大，不適合于醫(yī)院環(huán)境的應(yīng)用，從而沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用。1940年美國(guó)發(fā)明電子感應(yīng)加速器。1949年美國(guó)用電子感應(yīng)加速器進(jìn)行放射治療。但由于這類裝置運(yùn)行時(shí)電磁鐵的噪聲很大，而且輸出射線的劑量率不穩(wěn)定，輻射性能較差，因此也沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展。1950年，加拿大科學(xué)家利用反應(yīng)堆生產(chǎn)的人工放射性核素60鈷(60Co)，研制生產(chǎn)出外照射60Co治療機(jī)。這種裝置可以發(fā)射1.17MeV和1.33MeV兩種γ射線，其深度劑量分布與2.5MeV的電子加速器相當(dāng)。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、運(yùn)行維護(hù)方便，因此，在發(fā)展中國(guó)家和我國(guó)至今仍有生產(chǎn)，主要在中小醫(yī)院應(yīng)用。(三)兆伏級(jí)X線治療設(shè)備第13頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三14為了開發(fā)更高能量并且適合于醫(yī)用的放射治療設(shè)備，在20世紀(jì)50年代至20世紀(jì)70年代，許多國(guó)家先后研究開發(fā)了各種不同類型的醫(yī)用加速器，主要類型包括：電子回旋加速器、電子直線加速器、質(zhì)子加速器和其他重離子加速器等。醫(yī)用電子直線加速器可以輸出不同能量的x線和電子射線，輸出能量可以從幾個(gè)兆電子伏到幾十兆電子伏，基本可以滿足臨床需求，且其相對(duì)成本較低，從而得到了迅速發(fā)展。其他幾類醫(yī)用加速器，雖然性能也比較優(yōu)越，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大、成本太高等因素，致使其發(fā)展速度比較緩慢，投入臨床應(yīng)用較少。第14頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三15醫(yī)用電子直線加速器是放療領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，是放療的核心設(shè)備?？商峁┰撛O(shè)備的國(guó)外公司主要有：美國(guó)瓦里安公司(Varian)，瑞典醫(yī)科大公司(Elekta)，德國(guó)西門子公司(Siemens)。可提供該設(shè)備的國(guó)內(nèi)公司主要有：江蘇海明醫(yī)療器械有限公司，山東新華醫(yī)療器械有限公司，東軟集團(tuán)，上海聯(lián)影科技有限公司。第15頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三16（四）從普通放射治療到精確放射治療的發(fā)展與以往手術(shù)治療不同，放射治療屬于無創(chuàng)治療，因此，照射部位、照射角度以及照射野形狀的選擇和病灶的定位就顯得非常重要。普通放射治療的常規(guī)定位方法是在模擬定位機(jī)上通過X線透視的方法確定病灶部位、形狀和照射角度等，并在人體表面畫上標(biāo)記，然后在放射治療機(jī)上實(shí)施放射治療。這種定位方法的位置誤差較大，有時(shí)會(huì)影響療效。在研究開發(fā)各種放射治療設(shè)備的同時(shí)，尤其是在確立了醫(yī)用電子直線加速器在放射治療領(lǐng)域的主導(dǎo)地位之后，如何提高并確認(rèn)病灶的定位精度，自然就成了放射治療設(shè)備研究的主攻方向。第16頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三171949年，瑞典Leksell首次提出立體定向放射外科理論，開創(chuàng)了精確放療的先河。1959年，日本的Takahashi提出適形放療的原理，首創(chuàng)多葉準(zhǔn)直器。1968年，瑞典的Elekta推出了以60Co為輻射源的專門用于腦部腫瘤治療的立體定向放射外科治療裝置，它利用201顆60Co輻射源發(fā)出的γ射線，經(jīng)準(zhǔn)直孔聚焦到腦部腫瘤進(jìn)行精確放射治療。治療效果可與手術(shù)切除媲美。這種裝置被稱為γ刀系統(tǒng)，是腦部腫瘤的精確放射治療設(shè)備，至今仍在臨床應(yīng)用。第17頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三181974年，美國(guó)Larsson等人提出用醫(yī)用電子直線加速器代替60Co進(jìn)行立體定向放射治療的建議，開創(chuàng)了以醫(yī)用電子直線加速器為放射源的精確放療新起點(diǎn)。1977年，美國(guó)Bjangard和Kijewski等提出“調(diào)強(qiáng)適形”放射治療原理。1984年，出現(xiàn)了以醫(yī)用電子直線加速器為輻射源，采用非共面弧形旋轉(zhuǎn)放射治療的頭部專用立體定向放射治療裝置，可以達(dá)到mm級(jí)甚至更高的立體定向定位精度。由于醫(yī)用電子直線加速器發(fā)出的是x射線，并且專門用于頭部腫瘤的精確放射治療，野可以達(dá)到類似于手術(shù)切除的治療效果，因此被稱為頭部X-刀，簡(jiǎn)稱“頭-刀”。第18頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三191994年，瑞典Lax等開發(fā)了專門用于體部精確放療的立體定向定位系統(tǒng)，被稱為體部X-刀，簡(jiǎn)稱“體-刀”；2003年以后，美國(guó)瓦里安公司(Varian)、瑞典醫(yī)科達(dá)公司(Elekta)和德國(guó)四門子公司(Siemens)等先后開發(fā)并推出了以醫(yī)用電子直線加速器為核心的“調(diào)強(qiáng)適形”（IMRT）放射治療設(shè)備和影像引導(dǎo)放射治療設(shè)備（IGRT），標(biāo)志著放療設(shè)備進(jìn)入了以“調(diào)強(qiáng)適形”和“影像引導(dǎo)”為核心技術(shù)的精確放療階段。第19頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三20（五）我國(guó)放射治療設(shè)備的臨床應(yīng)用和設(shè)備發(fā)展歷史中國(guó)的放射治療開始于20世紀(jì)30年代。當(dāng)時(shí)，只有北京協(xié)和醫(yī)院和上海比鐳錠醫(yī)院可以開展放射治療技術(shù)。最初是以200mg的鐳管和鐳針為輻射源，通過手工操作進(jìn)行組織間插值或腔內(nèi)近距離放射治療。1932年，北京協(xié)和醫(yī)院引進(jìn)了120kV和200kV的X線治療機(jī)各一臺(tái)。20世紀(jì)40年代，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)院組建了放療科。1949年，以上海比鐳錠醫(yī)院為基礎(chǔ)成立了上海腫瘤醫(yī)院。1958年，成立了中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院。之后，直至20世紀(jì)70年代末，各省市也相繼成立了專業(yè)腫瘤醫(yī)院。這是以放射性核素或千伏級(jí)X線治療機(jī)為主要輻射源的放射治療時(shí)代。。第20頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三211975年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了第一臺(tái)醫(yī)用電子直線加速器，標(biāo)志著我國(guó)的放射治療設(shè)備開始了以醫(yī)用加速器為主要放射源的放射治療設(shè)備。階段20世紀(jì)70年代末，中國(guó)成立了以醫(yī)用電子直線加速器研究制造為目標(biāo)的“北京醫(yī)療器械研究所”，開創(chuàng)了我國(guó)醫(yī)用加速器研制生產(chǎn)的新階段。之后，上海和深圳都曾生產(chǎn)過醫(yī)用電子直線加速器。目前，國(guó)內(nèi)可以提供醫(yī)用電子直線加速器的企業(yè)主要有山東省淄博市的新華醫(yī)療器械公司、江蘇省揚(yáng)州市的海明醫(yī)療器械公司、東軟集團(tuán)、上海聯(lián)影，目前的主要供應(yīng)對(duì)象是國(guó)內(nèi)市縣級(jí)醫(yī)院。而省級(jí)以上醫(yī)院的醫(yī)用加速器基本上都從三家國(guó)外公司引進(jìn)。第21頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三2220世紀(jì)90年代，我國(guó)的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，先后從國(guó)外引進(jìn)了大量的先進(jìn)醫(yī)療裝備，其中包括各類CT、MRI等高端醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備和醫(yī)用電子直線加速器等MV級(jí)高端放射治療設(shè)備，使我國(guó)的醫(yī)療裝備逐漸接近并趕上發(fā)達(dá)國(guó)家水平。目前，從高端醫(yī)療裝備水平上來說，特別是從醫(yī)用電子直線加速器的引進(jìn)檔次與引進(jìn)時(shí)間上來看，可以說已經(jīng)與發(fā)達(dá)國(guó)家達(dá)到了同步發(fā)展的速度。但從高端醫(yī)療設(shè)備的裝備數(shù)量和整體醫(yī)療水平上來看，我國(guó)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，可以說是任重道遠(yuǎn)。雖然國(guó)內(nèi)醫(yī)用電子直線加速器等高端醫(yī)療裝備的發(fā)展很快，但與國(guó)外技術(shù)相比還有很大的差距，這對(duì)我國(guó)醫(yī)用電子直線加速器等高端醫(yī)療設(shè)備的研究與制造領(lǐng)域來講，既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。第22頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三23（六）放射治療設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)醫(yī)用電子直線加速器是性價(jià)比最高的現(xiàn)代腫瘤放射治療設(shè)備，也是賢弟放療技術(shù)的核心設(shè)備。在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，醫(yī)用電子直線加速器在外照射放療設(shè)備中的核心地位，是無法替代的。放療設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，將進(jìn)入主要以醫(yī)用電子直線加速器為核心技術(shù)、多學(xué)科綜合運(yùn)用、外圍設(shè)備綜合配套的精確放療時(shí)代。同時(shí)，術(shù)中放療加速器等小型專用放療裝置和質(zhì)子加速器、重離子治療等裝置野將是未來研發(fā)的重要方向。第23頁(yè)，講稿共27頁(yè)，2023年5月2日，星期三24