放射性粒子植入治疗肿瘤物理学基础

1、粒子植入中的物理学工作项目与技术流程的建立计划系统验收和试运行剂量计算和计划设计技术设备质量保证内容 放射性粒子永久性植入的特点 一般临床特点 临床物理、剂量学特点 几个临床物理学问题剂量学中的几个基本概念粒子活度选择治疗计划概述剂量处方、报告和评价布源方式外照射放疗 分次照射（次） 治疗时间长（6周） 场地、设备要求高 价格昂贵 电子机械故障导致停机粒子植入 一次性植入 1-2天的住院或门诊治疗 场地、设备要求相对较低 相对便宜 没有停机问题一般临床特点 中短半衰期核素 低能、高线性能量传递（LET） 剂量分布特性 剂量率特性 超低剂量率 指数衰减的剂量率物理、剂量学特点同位素（天）半衰期

2、常用活度（mCi）90%能量（天）Cs-131I-125Pd-1039.759.417.01.1-1.70.3-0.81.1-1.73319758粒子植入常用的放射性核素 中短半衰期 低能、高线性能量传递（LET） 剂量分布特性 剂量率特性 超低剂量率 指数衰减的剂量率物理、剂量学特点同位素Cs-131I-125Pd-103光子平均能量（keV）30.428.520.8半价层（mm铅）稍高于I-1250.025(2cm组织)0.008粒子植入常用的放射性核素北医三院北京 Dose rate effect 低OER、高RBE粒子植入的生物学特点 Radiation sensitivity Rec

3、overy Redistribution Repopulation Reoxygenation Irradiated volume 中短半衰期 低能、高线性能量传递（LET） 剂量分布特性 剂量率特性 超低剂量率 指数衰减的剂量率物理、剂量学特点粒子植入典型的剂量分布I-125外照射粒子植入的剂量分布特性外照射放疗 靶区内剂量均匀 正常组织接受中低剂量照射（SRS/SRT，IMRT） 对患者和器官运动敏感 受分次摆位误差影响大粒子植入 靶区内剂量相对不均匀 靶区外剂量迅速跌落 对患者和器官运动不敏感 对单个粒子植入误差相对不敏感剂量均匀性临床和实践意义 靶区内剂量不均匀性导致局控失败或坏死（S

4、imon et al 1993）对肿瘤控制意义尚不清楚 靶区和正常组织移行区剂量不均匀性 有利于正常组织的保护对肿瘤控制的意义有待研究 剂量体积处方和约束 粒子活度、布源方式 中短半衰期 低能、高线性能量传递（LET） 剂量分布特性 剂量率特性 超低剂量率 指数衰减的剂量率物理、剂量学特点高剂量率 12 Gy/h中剂量率 412 Gy/h低剂量率 24 Gy/h125I0.07 Gy/h103Pd0.20 Gy/h超低剂量率几个临床物理学问题 低OER、高RBE 剂量学中的几个基本概念 粒子和活度选择 治疗计划概述剂量处方、报告和评价 布源方式 低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念 放射性

5、核素和放射性粒子 能量、活度和强度 剂量率、剂量和累积剂量 生物等效剂量粒子植入常用的放射性粒子 低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念 放射性核素和放射性粒子 能量、活度和强度 剂量率、剂量和累积剂量 生物等效剂量 显活度(Aapp, 单位mCi) 与给定包裹源具有相同Kerma非滤过点源活度 空气比释动能强度(Sk单位U) 1 U = 1 cGy cm2 h-1 空气比释动能和显活度间的关系 0.876X1.45=1.27 U/mCi (125I) , 1.29 U/mCi (103Pd), 0.638 U/mCi (131Cs)S k / Aapp ( ) x W / e粒子活度和强度

6、几个临床物理学问题 低OER、高RBE 剂量学中的几个基本概念 粒子活度选择 治疗计划概述剂量处方、报告和评价 布源方式粒子活度选择 低OER、高RBE半衰期射线能量靶区和危及器官几何关系粒子间距和剂量均匀性粒子数目和时间、经济成本粒子活度的剂量学效应相同处方剂量，粒子活度增加粒子数、植入针数下降手动计划设计难度增加均匀性、危及器官保护计划优化活度选择范围可以扩大些 低OER、高RBE粒子活度选择示例 前列腺癌：0.4 mCi（ 0.3-0.7 mCi ） 胰腺癌： 0.5 mCi 头颈部肿瘤：0.7-0.9 mCi 直肠、妇科复发肿瘤 肺癌几个临床物理学问题 低OER、高RBE 剂量学中的几

7、个基本概念 粒子和活度选择 治疗计划概述布源方式剂量处方、报告和评价治疗计划目的和意义 低OER、高RBE指导订购粒子指导术中植入剂量学评价技术项目评价和改进临床剂量体积效应评价与分析治疗计划 低OER、高RBE计划方式手工计算和经验公式(Nomograph)计算机化的计划设计模拟计划和实际计划技术项目流程（术前、术中和术后）术前计划和术中计划 低OER、高RBE术前计划指导订购粒子和术中植入术中计划指导术中植入和剂量学评价必须做术前计划不做术中计划可以不做术前计划做术中计划术后计划 低OER、高RBE剂量学评价和项目改进术前、术中剂量体积处方和约束术后剂量学验证必要性和时机选择前列腺癌非前列

8、腺癌几个临床物理学问题 低OER、高RBE 剂量学中的几个基本概念 粒子和活度选择 治疗计划概述布源方式剂量处方、报告和评价布源方式 低OER、高RBE目的和评价方式理想的剂量分布横断面剂量分布图剂量体积直方图限制条件靶区和危及器官几何位置关系处方剂量和耐受剂量影像引导和穿刺、植入技术的限制布源方式 低OER、高RBE现实选择均匀布源计划优化ABS推荐的前列腺的布源方式改进的均匀植入改进的周围植入计划优化逆向计划 低OER、高RBE几个临床物理学问题 剂量学中的几个基本概念 粒子和活度选择 治疗计划概述 布源方式 剂量处方、报告和评价剂量处方报告和评价的意义 低OER、高RBE指导计划设计和术

9、中植入技术项目评价和改进技术推广与规范化临床剂量体积效应研究近距离治疗剂量学目的 低OER、高RBE给予靶区尽可能高的最低剂量每个放射源周围高剂量区范围尽可能小，避免过度坏死尽量控制剂量不均匀性避免冷点、限制热点 低OER、高RBE近距离治疗剂量学原则 靶区表面产生均匀剂量 限制靶区内超高剂量区范围 靶区外剂量迅速跌落剂量处方 低OER、高RBE 剂量分布特点及其临床意义 剂量处方在包含靶体积的等剂量面上 处方剂量通常以计划达到的靶区最低剂量表示 粒子植入中通常使用mPD(minimum peripheral dose) 低OER、高RBE mPD (minimum peripheral do

10、se) D100mPDMPD (matched peripheral dose)，目前很少使用 低OER、高RBE剂量处方内容和适用范围内容 靶区和危及器官定义 靶区剂量体积处方 危及器官的剂量体积约束适用范围 术前和术中计划剂量处方示例前列腺癌 低OER、高RBEPd-103 90-100 Gy mPDI-125 100-110 Gy mPDCs-131 85 Gy mPD 单纯粒子植入Pd-103 125 Gy mPDI-125 145 Gy mPD Cs-131 115 Gy mPD 低OER、高RBE剂量报告与评价 靶区和危及器官定义 靶区和危及器官剂量体积分布 影像引导和植入方式（流

11、程） 粒子的描述 核素种类、粒子类型 活度 低OER、高RBE靶区和危及器官剂量体积分布 横断面剂量分布图 剂量体积直方图术中、术后计划 前列腺癌 非前列腺癌 低OER、高RBE植入方式 植入流程 计划方式 布源方式 低OER、高RBE剂量学报告与评价示例前列腺癌推荐的术后剂量学评价参数 前列腺剂量V100, V150, V200, D90 尿道剂量UV125, UV150, UD50, UD30, UD5 直肠剂量RV100Pro-Qura: University of Washington, Seattle, community-based直肠剂量效应关系放射性直肠炎9%, 植入时R100小于1.00cc时2%术后验证R100小于1.30cc 5年2级直肠炎5%, 大于1.30cc，18%术中R100 0.5 cc, 直肠漏小于%，建议可以进一步限制R50水肿影响, 术后验证时直肠表面剂量大于植入时50%直肠晚期并发症和MPD、粒子活度和总活度没有关系Herstein 2005, Snyder 2001Mayadev 2007, Taussky D 2006W