肿瘤放射治疗学调强放射治疗文档资料

1、20世纪世纪80年代以前年代以前深部深部 x 线机线机60钴治疗机钴治疗机低能医用直线加速器低能医用直线加速器照射野设置数少照射野设置数少固定束治疗固定束治疗二维治疗计划系统二维治疗计划系统以以x线模拟定位线模拟定位影像为指导影像为指导以以骨性标志骨性标志为基准为基准以以非肿瘤空间位置非肿瘤空间位置为特征为特征适形放疗的机遇适形放疗的机遇 20世纪世纪60年代年代19921995 3dcrt基本概念 相关设备研制 3d治疗计划系统 螺旋ct 多页光栅 螺旋多层ctv 当肿瘤靶区剂量达到致死剂量时，对射线入射路径上的正常人体组织和器官损伤较大20世纪世纪90年代中期年代中期带带mlc的直线加速器

2、的直线加速器非共面、不规则野非共面、不规则野野截面形状由多页准直器调节野截面形状由多页准直器调节三维治疗计划系统三维治疗计划系统以以ct断层扫描重建的三维图像断层扫描重建的三维图像为指导为指导以以计算机辅助优化计算计算机辅助优化计算为平台为平台以以射线束可视化射线束可视化为特征为特征危及器官危及器官靶区靶区治疗区治疗区v 射野方向的剂量分布与靶区截面射野方向的剂量分布与靶区截面几何形状符合几何形状符合辐射野内的辐射野内的剂量强度是均匀的剂量强度是均匀的危及器官危及器官靶区靶区治疗区治疗区v 射野方向的剂量分布与靶区截面射野方向的剂量分布与靶区截面几何形状符合几何形状符合辐射野内的辐射野内的剂量

3、强度根据临床要求实时调变剂量强度根据临床要求实时调变imrt 利用利用逆向治疗计划系统逆向治疗计划系统和计算机控制的和计算机控制的动态准直动态准直器器, ,将每条射线束细分为很小的子野并将每条射线束细分为很小的子野并调节每个子野的剂调节每个子野的剂量强度量强度, ,雕刻出与肿瘤相匹配的雕刻出与肿瘤相匹配的高度适形高度适形的剂量曲线的剂量曲线. 什么是调强放射治疗什么是调强放射治疗 最大限度减最大限度减少正常组织少正常组织受照剂量受照剂量治疗不规则凹治疗不规则凹形肿瘤靶区形肿瘤靶区提高肿瘤分提高肿瘤分次照射剂量次照射剂量 目前主要应用于以下肿瘤：头颈部肿瘤、脑瘤、前列腺目前主要应用于以下肿瘤：头

4、颈部肿瘤、脑瘤、前列腺癌和胰腺癌，妇瘤。它们的癌和胰腺癌，妇瘤。它们的共同点共同点是是肿瘤本身不运动，或移肿瘤本身不运动，或移动范围小动范围小。同时满足以下一个或多个条件：。同时满足以下一个或多个条件： 靶区多为凹形靶区多为凹形，鼻咽、前列腺等，鼻咽、前列腺等 靶区附近有单个危及器官靶区附近有单个危及器官（oaroar），常规放疗技术无法），常规放疗技术无法避开避开oaroar，如脊柱旁肿瘤，如脊柱旁肿瘤 、左乳癌。、左乳癌。 靶区附近有多个靶区附近有多个oaroar，与靶区位置关系复杂，常规放疗，与靶区位置关系复杂，常规放疗技术难以满足临床需要，如头颈、前列腺癌、胰腺癌；技术难以满足临床需要

5、，如头颈、前列腺癌、胰腺癌； 邻近多个靶区同时治疗邻近多个靶区同时治疗，如头颈部原发灶与淋巴结等，如头颈部原发灶与淋巴结等 靶区靶区ptvptv、gtvgtv不同剂量梯度治疗不同剂量梯度治疗，如鼻咽、胰腺、前，如鼻咽、胰腺、前列腺癌等列腺癌等 常规放疗技术无法实现多方向补偿常规放疗技术无法实现多方向补偿静态静态mlc调强调强 指指在照射过程中在照射过程中照射野的形状不变照射野的形状不变，在相，在相邻照射野中间改变，同义词是邻照射野中间改变，同义词是 step and step and shootshoot或或stop and shootstop and shoot，照射过程中，照射过程中机架机

6、架角度不变角度不变。每次准直器形成一个子野形状，。每次准直器形成一个子野形状，或叫一个分野。各个子野的不同权重的强度或叫一个分野。各个子野的不同权重的强度分布的相加就得到了所期望的强度分布。分布的相加就得到了所期望的强度分布。静态静态mlc调强调强beam 16,17,18beam 5,6,7,8beam 1,2,3,4beam 9,10,11beams 12,13,14,15静态静态mlc调强调强3.mlc设置设置2.mlc设置设置1.mlc设置设置1/3剂量剂量1/3剂量剂量1/3剂量剂量相加后的总剂量相加后的总剂量2/3剂量剂量静态静态mlc调强调强“像束像束”样的强度分样的强度分布布静

7、态静态mlc调强调强 减少减少子野数目、叶片运动次数和子野数目、叶片运动次数和mu数数以便保以便保证剂量传送的精度，但是子野太少剂量分布就达不证剂量传送的精度，但是子野太少剂量分布就达不到调强的要求。到调强的要求。 mlc静态调强在每个子野照射结束后必须关静态调强在每个子野照射结束后必须关断射线才能转到下一个子野，由于加速器射线的开断射线才能转到下一个子野，由于加速器射线的开关动作，带来关动作，带来剂量率的稳定问题剂量率的稳定问题 剂量剂量验证验证比较比较容易容易，需要的治疗时间比较长，需要的治疗时间比较长动态动态mlc调强调强 指指在照射的过程中，在照射的过程中，准直器的形状准直器的形状是是

8、变化变化的，其同义词是滑窗（的，其同义词是滑窗（sliding windowsliding window）。照射过程中。照射过程中机架不动机架不动。mlcmlc中中每对叶片每对叶片（一对叶片形成一个缝隙）都朝着一对叶片形成一个缝隙）都朝着一个方向一个方向以以不同不同的的速度速度运动，其速度大小是时间的函数运动，其速度大小是时间的函数。叶片位置、叶片速度、输出的。叶片位置、叶片速度、输出的mumu值和值和剂量剂量率率是相互影响的。是相互影响的。动态动态mlc调强调强动态动态mlc调强调强 一般动态调强的每个射野都由上百个子野组成一般动态调强的每个射野都由上百个子野组成，滑窗开口的设置及，滑窗开口

9、的设置及每对叶片每对叶片任何时刻都任何时刻都由一个程由一个程序控制序控制。在相对的叶片之间的窗口开到最大时，使。在相对的叶片之间的窗口开到最大时，使用最大的叶片速度，这样可以缩短治疗时间。用最大的叶片速度，这样可以缩短治疗时间。 需要参与射束传输的需要参与射束传输的叶片数目叶片数目取决于取决于靶区的长靶区的长度，度，靶区越长涉及的叶片就越多。靶区越长涉及的叶片就越多。 治疗需要的时间比较短，剂量治疗需要的时间比较短，剂量验证验证工作工作困难困难。步进式断层调强步进式断层调强 利用利用nomosnomos公司的公司的孔雀系统孔雀系统(peacock)(peacock)来进行的。来进行的。此技术是

10、把一个此技术是把一个狭长的准直器狭长的准直器（mimicmimic）装到传统）装到传统的机器上面，得到大约的机器上面，得到大约2020cmcm宽、宽、1-41-4cmcm长的扇形束长的扇形束。随着机架的旋转，扇形束能够在患者的横截面上。随着机架的旋转，扇形束能够在患者的横截面上形成一个条状的照射野。在形成一个条状的照射野。在机架旋转机架旋转过程中，过程中，准直准直器的叶片器的叶片在计算机的控制下在计算机的控制下进出进出，来调节每个扇形，来调节每个扇形部开或关的时间，达到调强的目的。要想治疗整个部开或关的时间，达到调强的目的。要想治疗整个靶区就要多次旋转机架，与此同时靶区就要多次旋转机架，与此同

11、时治疗床治疗床必须必须连续连续向前步进向前步进，这种步进，这种步进/ /旋转过程持续进行，直到治旋转过程持续进行，直到治疗完整个靶区。疗完整个靶区。步进式断层调强步进式断层调强 两组两组4040个叶片组成，每组个叶片组成，每组2020片，相对排列。片，相对排列。 每个叶片高每个叶片高8cm8cm，近源端宽，近源端宽5cm,5cm,接近患者一端接近患者一端6cm6cm宽，宽，叶片在加叶片在加速器等中心处投影约为速器等中心处投影约为10mm10mm。 每组叶片形成的细长条矩形野在等中心处的长度的两挡，分别每组叶片形成的细长条矩形野在等中心处的长度的两挡，分别为为10mm10mm和和20mm20mm

12、。 每个叶片由一个微型气动活塞独立控制，两组叶片同时独立运每个叶片由一个微型气动活塞独立控制，两组叶片同时独立运动，形成两个细长条矩形野。也就是说，动，形成两个细长条矩形野。也就是说，机架绕患者旋转一次，机架绕患者旋转一次，只能治疗两层切片（即只能治疗两层切片（即2cm2cm）步进式断层调强步进式断层调强步进式断层调强步进式断层调强 床步进的控制精度床步进的控制精度对相邻野剂量分布影响很大对相邻野剂量分布影响很大 需需专门专门设计一个设计一个控制床步进控制床步进的配合的配合装置装置，以提，以提供供0.5mm以内的可选步进以内的可选步进 治疗治疗时间时间需要很需要很长长弧形调强治疗（弧形调强治疗

13、（imat）指指在照射过程中在照射过程中, , 机架角每隔机架角每隔5 5-10-10形形成成1 1个个静态野静态野, ,射野形状与靶区投影形状相同射野形状与靶区投影形状相同, ,将相邻方向的射野连接成弧将相邻方向的射野连接成弧, ,通过通过多个动态多个动态适形弧叠加适形弧叠加实现计划所需的强度分布。一般实现计划所需的强度分布。一般需要需要3-53-5个弧个弧, ,但在照射过程中但在照射过程中机架的旋转速机架的旋转速度和加速器输出剂量率度和加速器输出剂量率保持保持恒定恒定, ,并没有成并没有成为计划优化的参数为计划优化的参数容积调强治疗容积调强治疗指指综合了综合了imatimat和和mlcml

14、c动态调强技术动态调强技术, ,在在机架机架等中心旋转等中心旋转照射的同时照射的同时, , 通过通过改变改变mlcmlc射野射野形状、加速器输出剂量率和形状、加速器输出剂量率和( (或或) )机架旋转速机架旋转速度度, , 完成在不同射野方向上束流强度的调整完成在不同射野方向上束流强度的调整, ,实现逆向计划的优化强度分布实现逆向计划的优化强度分布容积调强治疗容积调强治疗容积调强治疗容积调强治疗危及危及器官器官低剂量低剂量辐射区辐射区能保持或提高靶区剂量分布能保持或提高靶区剂量分布 减少危及器官受量减少危及器官受量 受到低剂量辐射的周围正常组织体积减少受到低剂量辐射的周围正常组织体积减少 每次

15、照射时间短，效率高每次照射时间短，效率高 机器输出跳数较少机器输出跳数较少 螺旋断层调强治疗（螺旋断层调强治疗（ht）指指以类似螺旋以类似螺旋ctct的方式进行扇形束旋转调的方式进行扇形束旋转调强放射治疗。该系统将直线加速器安装在螺强放射治疗。该系统将直线加速器安装在螺旋旋ctct环状机架环状机架上上, , 机头发出的扇形束随机架机头发出的扇形束随机架旋转旋转行行360360照射照射, ,这些射线经过一个这些射线经过一个mlcmlc系系统调制统调制；在照射的；在照射的同时治疗床同时治疗床缓慢跟进缓慢跟进, , 通通过治疗床的过治疗床的连续移动连续移动实施整个靶区的调强治实施整个靶区的调强治疗疗

16、螺旋断层调强治疗（螺旋断层调强治疗（ht）1)采用同源双能加速管采用同源双能加速管, 可进行mvct成像, 进行图像引导2)治疗源与成像源统一治疗源与成像源统一, 避免了外加图像引导系统的非同源误差; 3)一次治疗的肿瘤范围长达一次治疗的肿瘤范围长达160cm160cm, 不需要多中心照射,无多野衔接问题; 4)通过mvctmvct探测器探测器接收放疗时穿过患者体内的衰减x线,实现实现剂量验证和自适应放射治疗剂量验证和自适应放射治疗。螺旋断层调强治疗（螺旋断层调强治疗（ht）治疗头结构治疗头结构螺旋断层调强治疗（螺旋断层调强治疗（ht）螺旋断层调强治疗（螺旋断层调强治疗（ht） 机架旋转每周对

17、应有机架旋转每周对应有 51 51个投影角度个投影角度, ,射野方向多射野方向多 靶区的适形度好靶区的适形度好, , 靶区内的剂量分布均匀靶区内的剂量分布均匀 给予靶区足够剂量的同时更好地保护了危及器官给予靶区足够剂量的同时更好地保护了危及器官和正常组织和正常组织 剂量学优势剂量学优势解剖结构复杂的头颈部肿瘤解剖结构复杂的头颈部肿瘤 毗邻重要器官的体部肿瘤毗邻重要器官的体部肿瘤 全中枢神经系统照射全中枢神经系统照射 全身多部位肿瘤同时放疗全身多部位肿瘤同时放疗 临床应用临床应用1)容积调强采用锥形束进行整体照射,解决了断层治疗相邻窄野间的衔接问题,在照射过程中,不需要移动治疗床,减少了分次治疗

18、中的误差; 2)容积调强的实现只需要能够实施动态旋转治疗的新型加速器,而且可以进行mlc动和静态调强、非共面野照射及电子线治疗等常规照射,而ht的实现需要使用专用断层治疗机和二进制开关准直器,只能进行x线共面断层照射; 3)容积调强在机架旋转的过程中, 邻近机架角间mlc叶片位置不能变化太大,受到mlc运动的限制, 而ht采用二元开关准直器,不受mlc运动的限制;journal of applied clinical medical physics, vol 10, no 4 (2009)四种模体四种模体绿色：绿色：ptvptv红色红色、蓝色蓝色、紫色紫色：危险器官：危险器官journal o

19、f applied clinical medical physics, vol 10, no 4 (2009)适形指数：适形指数：citomo ciimrt5 ciimrt9 cira 1 hira 2 h ira1 hiimrt9 hiim rt 5 危及器官平均剂量：危及器官平均剂量：doartomo doarra 2 doarra1 t planra 2 t planra 1 t planimrt9 t planimrt5 治疗时间：治疗时间：t treatimrt9 t treatimrt5 t treattomo t treatra 2 t treatra1v ：解决了静止的、 刚性

20、的靶区剂量适形问题v 肿瘤及周围正常组织在单次治疗中和各次治疗之间都可能随时间的变化而变化解剖结构移动、变形解剖结构移动、变形正常生理过程：呼吸、心跳、正常生理过程：呼吸、心跳、 胃肠蠕动胃肠蠕动肿瘤退缩或进展、形状改变肿瘤退缩或进展、形状改变骨性标志位置变化骨性标志位置变化肠腔、膀胱等脏器充盈状态肠腔、膀胱等脏器充盈状态v 肿瘤及周围正常组织在单次治疗中和各次治疗之间都可能随时间的变化而变化解剖结构移动、变形解剖结构移动、变形正常生理过程：呼吸、心跳、正常生理过程：呼吸、心跳、 胃肠蠕动胃肠蠕动肿瘤退缩或进展、形状改变肿瘤退缩或进展、形状改变骨性标志位置变化骨性标志位置变化肠腔、膀胱等脏器充

21、盈状态肠腔、膀胱等脏器充盈状态art 将放疗整个过程从诊断、计划设计、治疗实施到验将放疗整个过程从诊断、计划设计、治疗实施到验证作为一个可证作为一个可自我响应、自我修正自我响应、自我修正的的动态闭环系统动态闭环系统，需要，需要考虑考虑诸多纠正参数诸多纠正参数，逐步调整从而实现准确的放射治疗，逐步调整从而实现准确的放射治疗 什么是自适应放射治疗什么是自适应放射治疗 a. 为闭环的放疗过程为闭环的放疗过程c. 在治疗前对原始治疗计划根据反馈结果进行再优化在治疗前对原始治疗计划根据反馈结果进行再优化在分次治疗和(或)采集和(或)其他信号,利用这些图像和(或)信号,引导此次治疗和(或)后续分次治疗。除

22、了要对比图像数据外，还要将肿瘤和周围正常组织与治疗计划中计算出来的剂量进行比对，以及时调整患者摆位、治疗计划再优化，必要时修正处方剂量 根据信号， 修改治疗计划，并按照修改后的治疗计划计划 在每个分次治疗过程中治疗过程中，摆位后摆位后采集患者的二维或三维图像图像信息反馈给临床医生，通过与参考图像比较，确定摆位误差摆位误差和射野位射野位置误差置误差，并予以校正，然后实施照射治疗 根据信号，修改治疗计划，并按照修改后的治疗计划治疗通过剂量校验工具检测实际照射剂实际照射剂和计划剂量之间是否存在误差，如果误差较大，应考虑修改计划 epid是当射线束照射靶区时是当射线束照射靶区时 ,采用电子技术在射线出

23、射采用电子技术在射线出射方向获取图像的工具。它既可以离线验证射野的大小、形状、方向获取图像的工具。它既可以离线验证射野的大小、形状、位置和患者摆位位置和患者摆位 ,也可以直接测量射野内剂量。也可以直接测量射野内剂量。 应用应用 mv级级 x射线的射线的 epid系统剂量引导放疗设备的系统剂量引导放疗设备的雏形雏形 kv 级级 x线摄片较线摄片较清晰清晰 ,但是由于其采集但是由于其采集的图像为二维图像的图像为二维图像 ,难难以检测放疗过程中软以检测放疗过程中软组织的相对形态变化。组织的相对形态变化。 诊断用诊断用 kv 级级ct扫描速度快扫描速度快 ,成像清晰成像清晰 ,具有较高的空间具有较高的

24、空间分辨率和密度分辨率分辨率和密度分辨率 ,软组织显像清晰。但该系统软组织显像清晰。但该系统 ,无法对治疗时的肿瘤运动进行实时监测管理。而传无法对治疗时的肿瘤运动进行实时监测管理。而传统统 kv 级级 ct 的环形探测器排列和相对小的孔径的环形探测器排列和相对小的孔径 ,决定了其不决定了其不可能直接安装在加速器上。可能直接安装在加速器上。 加进了时间变量因素的加进了时间变量因素的 ct 扫描扫描 ,称之为四维称之为四维 ct (four dimensional computed tomography,4dct) 。应用。应用4dct模拟模拟定位定位 基于大面积非晶硅数字化基于大面积非晶硅数字化

25、 x射线探测板，直接整合到直射线探测板，直接整合到直线加速器上。机架旋转一周就能获取和重建一个体积范围内线加速器上。机架旋转一周就能获取和重建一个体积范围内的的 ct图像。这个体积内的图像。这个体积内的 ct 影像重建后的三维患者模型影像重建后的三维患者模型 ,可以与治疗计划的患者模型匹配比较可以与治疗计划的患者模型匹配比较 ,并得到治疗床需要调节并得到治疗床需要调节的参数。的参数。 根据采用放射线能量的不同分为两种根据采用放射线能量的不同分为两种 ,即即:kv 级级 x射线的射线的 kv-cbct和和 mv 级级 x射线的射线的 mv-cbct。 剂量深度曲线特点肿瘤周围的正常组织也会受到高剂量的照射为了降低并发症肿瘤剂量的不足光子放疗的发展瓶颈光子放疗的发展瓶颈低let射线电离密度小，电离效应弱只导致dna单链断裂的亚致死