放射肿瘤学总论-医学课件

放射肿瘤学总论

放射肿瘤学概论

放射肿瘤学定义

放射肿瘤学发展历史

放射肿瘤学的作用与地位

放射生物学基础

放射治疗实施过程与阶段

放射治疗新技术及展望肿瘤放射治疗学定义

放射肿瘤学（RadiationOncology；Radiotherapy)是利用电离辐射治疗肿瘤的一门临床学科。它融合了肿瘤学、放射物理学、放射生物学，辐射剂量学与放射防护学等。放射治疗的目标对肿瘤细胞的最大杀伤对正常组织的最小损伤尽可能提高治疗比放射肿瘤学发展历史放射肿瘤学发展最早可以追溯的事件是:1895年伦琴RONTGEN发现X线。1896年一位法国里昂的医生开始用X线治疗胃癌。1898年居里夫妇(化学家)发现放射性元素:镭之后更为电离辐射应用于肿瘤治疗奠定了基础。放射肿瘤学的开始

居里CURIE夫妇于1898年发现了镭用于血管瘤的治疗伦琴RÖNTGEN于1895年发现了X线并用于黑色素瘤的治疗放射肿瘤学从此进入了一百多年发展历程1898年居里夫妇(化学家)发现天然放射性元素:镭RONTGEN因发现X线于1901年获得诺贝尔物理学奖1903年BECQUEREL因发现放射性活性与伦琴、居里夫妇同获诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖与放疗

人工同位素的发现与放疗1934年人工放射性同位素的发现居里夫妇的女儿与女婿在实验室放射治疗基础设施、设备变迁20年代→深部X线机50年代→钴-60远距离治疗机60年代→电子直线加速器80年代→后装治疗机90年代之后:立体定向放射外科,三维适形放疗,调强放疗。2000以后：TOMO，cyberknife…肿瘤研究治疗机构与设备的诞生世界上第一家肿瘤治疗机构的雏形：巴黎居里镭研究所启动镭疗时代（1910年）世界第一个肿瘤研究所：法国古斯塔夫肿瘤研究所（1921年）世界第一台钴-60远距离治疗机产于加拿大（1951年）世界第一台医用电子直线加速器诞生（1954年）肿瘤放射治疗的开始1904年用X治疗血管瘤和皮肤癌患者1905年AntoineBéclère－法国放射学及放疗之父，发现精原细胞瘤对Ｘ线极其敏感（放射敏感性）放射治疗分类远距离放射治疗（深部X线，高能X线和电子束照射，质子，中子放疗）近距离放射治疗（居里治疗，敷贴，腔内放疗与组织间插植放疗）放射性同位素治疗（同位素内照射和粒子植入）放射肿瘤学科及其地位

放射肿瘤学是集合了多学科与高科技技术的一门独立学科。约有70%的恶性肿瘤病人需要不同程度地接受放射治疗，以达到治愈肿瘤或缓解症状、改善生活质量的目的。根治性放射治疗约50%癌症患者在第一次治疗不同阶段需接受放射治疗。放射治疗在许多肿瘤治疗中具有重要的治愈作用，每100例已治愈的癌症病人中，约40例获益于单纯或联合放疗。放射治疗可以让患者多个器官功能保全。避免切除眼球、喉、乳房、舌、直肠或肢体等，在恶性肿瘤非毁损性保守治疗中发挥主导作用。姑息性放射治疗放疗可明显缓解恶性肿瘤骨转移引起的顽固性疼痛，且能不同程度地达到肿瘤局部控制的目的。恶性肿瘤患者的神经组织和血管受压可经放疗得到缓解。放疗还可快速止住癌症患者的大出血。放射肿瘤学与其他学科的结合放疗与手术、化疗等疗法相结合的综合治疗，可使40%的各类癌症争取临床治愈。与手术结合包括术前放疗、术中放疗以及术后放疗等。与化疗的结合包括放疗前的诱导化疗、放化同期治疗、放化交替治疗以及放疗后辅助化疗等放射肿瘤学对肿瘤治疗的贡献

目前早期的鼻咽癌、喉癌、直肠癌等肿瘤经过单纯放射治疗后，五年治愈率达到80-95%以上，其他各期的鼻咽癌、宫颈癌、淋巴瘤、前列腺癌等的五年生存率可达40-50%。放射生物需要回答的问题为什么电离辐射能够用来治疗恶性肿瘤什么类型的辐射能更好地应用于临床如何确定保证这一过程成功的重要因素放射生物学应具备的基本知识电离辐射与物质的相互作用[电子,光子，中子]基本的细胞生物学知识尤其是DNA的结构放射治疗比放射生物效应的发生机理

直接作用主要由射线直接作用于有机分子而产生自由基引起DNA分子出现断裂、交叉而引起细胞死亡

间接作用主要由射线对人体组织内水发生电离而产生自由基，这些自由基再和生物大分子如DNA发生作用，导致其不可逆损伤

细胞周期与放射敏感性G2与M期的放射敏感性最高S期的放射敏感性最低乏氧与再充氧随机效应由于细胞的变化(DNA)以及趋向恶性疾病增殖严重程度(例如癌症)不依赖剂量无剂量阈值-也适用于非常小的剂量效应概率随剂量增加剂量效应概率非随机效应的例子

皮肤破溃眼晶状体白类障不孕症肾功能衰竭急性放射综合征(全身性)非随机效应的剂量阈值眼晶状体白类障

2-10Gy永久性不孕症男3.5-6Gy

女2.5-6Gy暂时性不孕症男0.15Gy

女0.6Gy剂量效应严重程度阈值有关阈值变化的因素

阈值有赖剂量给予方式:

单次大剂量效应最明显分次给予在大多数情况下可提高阈值降低剂量率在多数情况下可提高阈值阈值在不同的个体有所差别器官结构与放射损伤并行结构-肾脏、肝脏、肺放射损伤的严重程度与受照体积的大小和剂量有关串行结构-脊髓放射损伤后果的严重程度与剂量有关而与受照体积的大小无关放射治疗实施步骤

放射治疗所需设备根据放射治疗工作不同环节而不同体位与固定解剖数据采集模拟定位治疗计划和剂量学危及器官保护治疗实施剂量检测设备，质量保证与维修放射治疗技术种类射线投照技术:外照射近距离照射直线加速器x-射线(外照射):常规直线加速器-按射束调整技术分为以下几种:三维适形放射治疗适形弧形旋转治疗调强放疗(静态step-and-shoot,动态dMLC)容积调强放疗放射外科(伽马刀GammaKnife,射波刀CyberKnife)断层放疗放射治疗技术演变高分辨调强多叶准直器动态

MLC调强1960’s1970’s1980’s1990’s2000’s低熔点铅挡块电子线挡块BlockswereusedtoreducethedosetonormaltissuesMLCleadsto3Dconformaltherapywhichallowsthefirstdoseescalationtrials.ComputerizedIMRTintroducedwhichallowedescalationofdoseandreducedcompilations功能显像IMRTEvolutionevolvestosmallerandsmallersubfieldsandhighresolutionIMRTalongwiththeintroductionofnewimagingtechnologies第一台直线加速器三维适形放疗计划系统标准准直器ThelinacreducedcomplicationscomparedtoCo60放射肿瘤整体方案LiteBoxCTMR档案

机载影像系统

虚拟模拟定位

治疗计划治疗审核验证.模拟定位HIS/RISLiteBoxLiteBox放射治疗计划系统治疗计划系统treatmentplanningsystem(TPS)是一套能够让医师、物理师和剂量师高效并且高质量地为患者建立、选择和确认一个完整治疗计划的计算机系统治疗计划系统在放射治疗中的作用肿瘤和紧要器官OAR的勾画正向计划(三维适形放疗,适形弧形旋转治疗)

射束的设置(等中心,射束角度等.)

剂量计算逆向计划(调强放疗IMRT,容积调强放疗VMAT)

射束的设置(等中心,射束模式,射束角度/弧度等.)

处方剂量剂量计算与计划优化计划评价,质控,输出等.头部体位固定装置GSBSMedPhysIII

PositronEmissionTomography•PhysicalProcess: Relativedistribution ofsomeradioactive agent

–Commonly18FDG•Representationof ‘function’–18FDGuptakerelatedtoincreasedmetabolicrateGSBSMedPhysIIIGTVDefinitionMethods•TheGTV:Methods–“Clinicallydemonstrable…”•Imagingconsiderations:EffectofwindowandlevelonimagesegmentationCT-MR融合示意图GSBSMedPhysIIIGTVDefinitionMethods•TheGTV:Methods–“Clinicallydemonstrable…”–Multi-modality fusion(CT/MRI)精确放疗实施条件-医用直线加速器多叶光栅TheMulti-leafCollimator(MLC)影像指导放疗ImageGuidedRT(IGRT)呼吸门控RespiratoryGating-治疗实施的质量保证QA射线束塑形装置主直角准直器楔形板多叶准直器-野边缘塑形挡块补偿器多叶准直器-调强用IMRT单双层多叶准直器适形效果更多的射线束=更高的精确度1野5野11野17野25野51野mmmmmmmmmmmm治疗计划质量评估

DVH肿瘤控制概率TCP正常组织并发症概率NTCP治疗计划的评价最佳肿瘤靶体积的体积剂量直方图Dose-VolumeHistogram(DVH)的特征如下

-高百分比的肿瘤靶体积达到所给与的处方剂量（肿瘤靶体积被充分包绕）

-超过处方剂量的靶体积迅速减少（靶体积内剂量均匀性）紧要器官Organ-at-Risk(OAR)的DVHs解读较为复杂（序列和并行组织结构SerialversusParallelStructures）后装治疗系统mHDRandGENIEPLATO后装治疗计划系统Definedoseconstraints

确定相应的剂量限制和权重PLATOoptimizesaccording

todoseconstraintsanddoseprescriptionPLATO根据处方剂量和剂量限制的要求做优化逆向优化内照射治疗计划UniquesolutionforProstateCancer

TreatmentusingseedsSeedspre-planningLivePlanningandrealtimeisodose

updatewhileinsertingneedlesas

perpre-planning粒子植入设备图像引导放疗IGRT移动靶区精确靶点定位肿瘤退缩或增大肿瘤及其周围组织解剖结构变化适用于实时影像监控系统呼吸门控系统CTVCTVPTVPTV非图像引导图像引导图像引导放疗与动态定靶放射治疗技术的发展常规放疗技术与切线野技术

立体定向放射治疗技术（SRT）适形调强放疗技术（IMRT）三维剂量分布图非调强放疗调强放疗BeamDeliverywithaMLCBeamDeliverywithaMLC0.03MUDoseDelivery2.5mmspatiallongitudinal5.0mmspatiallateral图象引导放疗技术（IGRT）高新放疗技术及装置IGRT图像指导放疗

IMRT调强放疗

CYBERKNIFE射波刀

TOMOTHERAPY螺旋断层放疗

VMAT/RAPIDARC容积调强放疗Sequential/SerialTomotherapy序列断层治疗（Peacock）HelicalTomotherapy螺旋断层治疗（TomoTherapy）断层治疗的分类SliceTherapyorTomotherapy断层治疗螺旋断层放疗示意图TomoTherapy在放疗技术发展中所处的位置治疗精度{相关于子野数目}普通放疗适形放疗调强放疗影像引导调强放疗钴60直线加速器直线加速器＋多叶光栅IGRT直线加速器TomoTherapy直线加速器＋多叶光栅＋TPS剂量引导调强放疗CYBERKNIFE临床应用CYBERKNIFE临床应用IMAT1)2)3)4)Radiationcontinuously