医院肿瘤科课件：《三维适形与调强放疗放射治疗计划系统》

三维适形与调强放疗

放射治疗计划系统

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。放射肿瘤学及其地位

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%。放射肿瘤学对肿瘤治疗的贡献（1）

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。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。

放射肿瘤学对肿瘤治疗的贡献（2）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80年代的二维放射治疗技术放疗的晚期毒副作用以脑为例•局灶性损伤坏死

(与高剂量区有关)–视神经病变–垂体功能失调•神经精神病变/认知障碍(与全脑剂量有关)–根据体积,分割,剂量大小,年龄等如何减少放疗的晚期毒副作用•局灶损伤(采用更好的适形技术以减少紧要器官的受照体积和剂量)•神经精神病变/认知障碍

(改善适形度以及增加照射野以减少高剂量区的体积)三维适形放射治疗

3D-CRT

Three-dimensionalconformalRadiotherapy3DCRT

概念三维适形放疗Three-dimensionalConformalRadiationTherapy(3DCRT)是一种外照射治疗技术，其照射野被设计为只照射含有疾病的体积，同时避开正常组织和紧要器官。3DCRT

方法体积,靶区,边缘Volumes,Targets,andMargins

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确认Definitions

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虚拟模拟VirtualSimulation

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射束确定BeamDefinition剂量计算和计划评价DoseCalculationandPlanEvaluation治疗验证与实施TreatmentDelivery/Verification

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特殊技术SpecialTechniques180º310º217º外照射

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调强放疗(IMRT)近距离放疗放射外科-立体定向放疗质子及重粒子放疗PhillipeLambin放射治疗的各种方法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放射治疗比From:PerezandBrady放射治疗目标之一就是增加“治疗比”，即肿瘤控制最大化，并发症概率最小化。为了达到更高的治疗比需要以下工作：

-准确地选择性地确定肿瘤靶体积

-尽可能避开正常组织和紧要器官头部体位固定装置虚拟模拟VirtualSimulation影像资料获取患者应附带相应体位固定装置，以治疗体位行影像资料采集激光定位灯三个方位（矢状面、冠状面、横断面）汇集点应在需扫描体积的中心应在患者皮肤放置标记点以确定病人标记点在CT图像中的位置GTV的确定方法不同窗水平的效果MRIaidsintargetdelineationT1WFLAIRCTCT-MR融合示意图不同图像(CT/MRI)融合的效果不同图像(CT/PET)融合的效果EarlyArterialLateVenousOptimizingcontrast-timingGSBSMedPhysIII

ICRUReports50and62:Prescribing,Recording,andReportingPhotonBeamTherapyICRU62report…andMargins:TheirradiatedvolumesGTV=GrossTumourVolume=MacroscopictumourCTV=ClinicalTargetVolume=MicroscopictumourPTV=PlanningtargetVolumePTVAdvice:AlwaysusetheICRUreportstospecifyandrecorddoseandvolumeGTVCTVPTVTreatedvolumeIrradiated

volume

ICRU50ICRU50and62•TheGTVGrossTumorVolume•TheCTVClinicalTargetVolume•ThePTVPlanningTargetVolume•Margins靶与靶体积胸部肿瘤治疗计划参考限值放射治疗计划系统治疗计划系统treatmentplanningsystem(TPS)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的治疗计划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.正向计划与逆向计划3DCRT

概念

三维适形放疗Three-dimensionalConformalRadiationTherapy(3DCRT)是一种外照射治疗技术，其照射野被设计为只照射含有疾病的体积，同时避开正常组织和紧要器官。3DCRT

方法体积,靶区,边缘Volumes,Targets,andMargins

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确认Definitions

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虚拟模拟VirtualSimulation

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射束确定BeamDefinition剂量计算和计划评价DoseCalculationandPlanEvaluation治疗验证与实施TreatmentDelivery/Verification

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特殊技术SpecialTechniques90年代的三维适形放射治疗

3DCRT影像指导的靶区确定计算机三维计划系统多射束照射高度适形周围紧要器官的保护

立体定向放射治疗技术（SRT）调强放射治疗调强放射治疗设想由日本学者Takahashi在40多年前提出

Takahashietal.ActaRadiol1965;242

三维剂量分布图非调强放疗调强放疗三维适形调强放疗MLC多页光阑Clinac直线加速器PortalVision定位验证系统CadPlanPlus治疗计划系统IMRT现代放疗系统XimaVision模拟定位系统VARiS网络系统SomaVision放射影像综合系统90年代中期,IMRT开始在一些研究机构

应用

直到90年代后期,随着商业化IMRT治疗

计划系统的上市，才开始得到广泛普及

目前有10个商家提供IMRT治疗计划系统

7个商家提供IMRT实施系统传统放疗调强放疗从3D到IMRT三维适形放疗几何适形适形调强放疗剂量适形实现调强放疗的两个关键前提条件

计算机智能优化逆向治疗计划射线束流强度调整逆向投影

Z轴方向调强板

多叶准直器(MultileafCollimatorMLC)

静态多节段调强(SMLC-IMRTStepandshoot)

动态调强(ashapedslidingwindowDynamicMLC;DMLC-IMRT)二维调强准直器(MIMiCPeacock）断层调强放疗（Tomotherapy）调强放疗的射线强度调节方式调强放疗加速器三种出束方式扇形束（FanBeam)MIMiCPeacock

Tomotherapy笔形束（PencilBeam)SMLC-IMRTDMLC-IMRT扫描束（ScanningBeam)MM50传统放疗与调强放疗比较三维剂量分布图非调强放疗调强放疗

Z轴方向调强板

多叶准直器(MultileafCollimatorMLC)

静态多节段调强(SMLC-IMRTStepandshoot)

动态调强(ashapedslidingwindowDynamicMLC;DMLC-IMRT)二维调强准直器(MIMiCPeacock）断层调强放疗（Tomotherapy）调强放疗的射线强度调节方式调强放疗加速器三种出束方式扇形束（FanBeam)MIMiCPeacock

Tomotherapy笔形束（PencilBeam)

SMLC-IMRTDMLC-IMRT扫描束（ScanningBeam)MM5019942005NOMOSTomotherapy,Inc.IMRT采用MLCSiemensVarianElektaIMRT:Planning-intensitymapOriginalIntensityMatrixShapeMatrix1ShapeMatrix2ShapeMatrix3ShapeMatrix4Intensitymaptoshapematrices调强放疗三维剂量分布图不同数量照射野剂量分布比较体积剂量DVH比较多叶准直器MLC单层多叶准直器双层多叶准直器单双层多叶准直器适形效果

GTV大体可确定其范围和部位的恶性生长肿瘤的体积这一体积可以通过临床检查（触诊、内窥镜）和/或影像学检查（CT