李英放射物理

1、附一院腫瘤科李 英2013.3,放 射 物 理 學(xué),主講內(nèi)容,一. 常用放射源及其射線的物理特性二. 放射線的臨床劑量學(xué)特性和測量 三. 放射治療技術(shù),三. 放射治療技術(shù),,放射治療的基本原則和目的,盡可能的提高腫瘤組織劑量；盡可能減少正常組織劑量,治療增益比=,,腫瘤組織（靶區(qū)）所受劑量放射治療的目的 正常組織所受劑量,,,外照射放射治療技術(shù)種類,三. 放射治療技術(shù),立體定向放射治療（ ster

2、eotactic radiotherapy，簡稱SRT ） 是指采取等中心技術(shù)，非共面多弧照射實(shí)現(xiàn)多個(gè)小野三維集束照射病變，使其病灶區(qū)域受量很高，而周圍正常組織受量很低。如為小野三維集束單次大劑量照射病變 ，則又稱為立體定向放射外科stereotactic radiosurgery，簡稱SRS 。 根據(jù)其使用的射線不同(γ線或Χ線)故稱為γ刀或Χ刀。猶如外科手術(shù)刀切除病灶一樣。直徑≤3cm,立體定向放射治療,

3、三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)適形放射治療(intensity modulated radiation therapy) ： 在照射方向上，照射野的形狀與病變(靶區(qū))的形狀一致，并且每一個(gè)射野內(nèi)諸點(diǎn)的輸入劑量率能按要求的方式進(jìn)行調(diào)整，使靶區(qū)內(nèi)及表面的劑量處處相等，以達(dá)到高劑量區(qū)劑量分布的形狀在三維(立體)方向上與靶區(qū)的實(shí)際形狀一致。僅滿足第一個(gè)條件的為三維適形放射治療 (three-dimensional con

4、formal radiation therapy,3DCRT),三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)放射治療 劑量學(xué)優(yōu)點(diǎn)： 可使高劑量區(qū)分布，在3D空間上更接近靶區(qū)的實(shí)際形狀， 特別是當(dāng)靶區(qū)形狀為凸型及凹型時(shí), 非IMRT技術(shù)無法實(shí)現(xiàn) 靶區(qū)邊緣劑量梯度差可較常規(guī)放療更銳利(8-18%/mm) 一次照射過程中可以給不同的靶區(qū)以不同的劑量

5、。,三放射治療技術(shù),,IMRT是利用多個(gè)照射野、眾多子野，調(diào)整射野內(nèi)諸點(diǎn)的輸入劑量率，其結(jié)果可達(dá)到高劑量區(qū)的分布和PTV形狀完全一致,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)束常見常見的實(shí)現(xiàn)方式,電動(dòng)多葉光柵調(diào)強(qiáng)技術(shù) ML靜態(tài)調(diào)強(qiáng) MLC動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)動(dòng)態(tài)弧形調(diào)強(qiáng)技術(shù) 斷層調(diào)強(qiáng)技術(shù),三放射治療技術(shù),,MLC靜態(tài)調(diào)強(qiáng)： Stop & Shot,該技術(shù)是把每個(gè)照野的強(qiáng)度分級，并把每一照野分為多個(gè)子野(Segments)依次進(jìn)

6、行疊加式照射，每一個(gè)子野完成后射束處于”off’狀態(tài)，MLC變換模式完成后，加速器再處于出束狀態(tài)照射 優(yōu)點(diǎn)： 容易對計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證 缺點(diǎn)： 射線利用率低 費(fèi)時(shí)間,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)束常見常見的實(shí)現(xiàn)方式,三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)束常見常見的實(shí)現(xiàn)方式,MLC動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng),(Dynamic）：,通過計(jì)算機(jī)控制兩對葉片(引導(dǎo)片和跟隨片)的相向運(yùn)動(dòng)由于兩對葉片的相對位置、運(yùn)動(dòng)速度和停留時(shí)間不同實(shí)現(xiàn)調(diào)強(qiáng)技

7、術(shù), 機(jī)架角度不變時(shí)，在每個(gè)子野治療的過程中，MLC在照射過程中不斷自動(dòng)變換模式射束始終處于“on”狀態(tài) 優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高, 速度快 缺點(diǎn)：浪費(fèi)射線 驗(yàn)證較困難,三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)束常見常見的實(shí)現(xiàn)方式,旋轉(zhuǎn)照射野實(shí)現(xiàn)調(diào)強(qiáng)(Intensity Modulating Arc Therapy IMAT),是在機(jī)架旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，由MLC形成的射野形狀始終處于不斷的變化狀態(tài),一般為每5-10°自動(dòng)

8、變換照射野的形狀,照射弧的數(shù)目由所照射靶區(qū)的強(qiáng)度分級決定, 每一條照射弧對應(yīng)一個(gè)子野優(yōu)點(diǎn)：不存在銜接野劑量的冷熱點(diǎn) 射線利用率高缺點(diǎn)：對TPS 的技術(shù)要求更高 計(jì)劃驗(yàn)證有一定困難,三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)束常見常見的實(shí)現(xiàn)方式,斷層式調(diào)強(qiáng)治療（ Serial or Slice to Slice Tomotherapy ）,治療床步進(jìn)式掃描照射技術(shù), 每個(gè)治療層面分別照射。該系

9、統(tǒng)主要有三部分組成: 小多葉光柵 : 由20對(40個(gè))8cm厚的葉片組成，每個(gè)葉片可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)(2)高精度治療床:該床的運(yùn)動(dòng)誤差為0.1-0.2 mm，可自動(dòng)控制病人在長軸方向的運(yùn)動(dòng) 治療計(jì)劃系統(tǒng)： 該技術(shù)的缺點(diǎn)是照射野銜接處的冷熱點(diǎn)問題 特別在照射運(yùn)動(dòng)性靶區(qū)腫瘤時(shí)存在明顯的缺陷 建議主要用于頭顱病變和前列腺癌的治療,三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,調(diào)強(qiáng)束常見常見的實(shí)現(xiàn)方式,螺旋式斷層照射調(diào)強(qiáng)技術(shù)（spiral o

10、r Helical Tometherapy ）,螺旋式斷層照射其原理類似螺旋CT掃描射束在機(jī)架上由64個(gè)葉片組成在治療過程中人體沿長軸方向連續(xù)運(yùn)動(dòng)通過環(huán)形機(jī)架時(shí),扇形束呈不間斷的360°繞病人旋轉(zhuǎn)照射優(yōu)點(diǎn) 不存在照射野銜接處劑量的冷熱點(diǎn) 該系統(tǒng)可集腫瘤診斷、定位、計(jì)劃設(shè)計(jì)缺點(diǎn) 治療技術(shù)實(shí)施太困難 設(shè)備造價(jià)高,,,輸入患者一般信息和圖像,登記和配準(zhǔn)圖像,定義解剖結(jié)構(gòu),給定處

11、方劑量要求,實(shí)施計(jì)劃(即治療),驗(yàn)證治療計(jì)劃,調(diào)整射野參數(shù),,,,,,,,,,評價(jià)治療計(jì)劃，計(jì)劃是否滿意,,,,,,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,是,否,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,三放射治療技術(shù),三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,,,,腫瘤體積(gross tumorvolume,GTV ),內(nèi)靶體積(

12、ITV),計(jì)劃靶體積 (planning target volume,PTV),,治療體積,,照射體積,,,臨床靶體積(clinical target volume,CTV ),,,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,三放射治療技術(shù),三放射治療技術(shù),,危險(xiǎn)器官(organs at risk,OR):I類: 放射損傷是致死的或可導(dǎo)致嚴(yán)重疾患(晶體、脊髓)II類: 放射損傷可導(dǎo)致中度輕度疾患III類:放

13、射損傷是暫時(shí)的,可逆的 或不會(huì)引起明顯疾患,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,器官 劑量（Gy）≧ 體積（%）≦腦干 50～54

14、 0眼晶體 8 0視神經(jīng)視交叉 50 0腮腺 25～

15、30 50脊髓 40～45 0 單肺 30

16、 40 40 30雙肺 20 25～30

17、 30 18食管 60～70 0心臟

18、 50 50 腎臟 25 33肝臟

19、 30 33 直腸 50 50膀胱 60

20、 50股骨頸 50 5,三放射治療技術(shù),,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,三放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,,,劑量顯示和計(jì)劃評估工具 劑量體積直方圖(DVH) 是描述某一感興趣的區(qū)域如靶區(qū)、重要器官，照射

21、劑量水平和照射體積之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系的直方圖,有積分和微分兩種形式平面劑量分布圖(橫斷面、冠狀面、矢狀面),三放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,,,劑量體積直方圖(DVH)的應(yīng)用 對于靶區(qū)而言：積分DVH曲線越陡表示靶區(qū)劑量分布越均勻 積分DVH曲線越靠右表示靶區(qū)受照劑量越高對危及器官而言：一個(gè)計(jì)劃的曲

22、線總在另一個(gè)計(jì)劃的左側(cè)前一個(gè)計(jì)劃優(yōu)于后一個(gè)有交叉以器官類型而定,三放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,,,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射

23、治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,靶區(qū)(腫瘤) 劑量驗(yàn)證,點(diǎn)劑量驗(yàn)證：保證每一患者得到安全有效的精確治療 保證靶區(qū)劑量的精確性達(dá)到±5％面劑量驗(yàn)證：Map check和MatriXX二維半導(dǎo)體和電離室矩陣,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,靶區(qū)(腫瘤) 位置驗(yàn)證,放射治療的擺位誤差，靶區(qū)移位和變形的影響，呼吸運(yùn)動(dòng)的影響,圖像引導(dǎo)放射

24、治療（image-guided radiotherapy , IGRT） 放射治療機(jī)與成像設(shè)備結(jié)合在一起,在治療時(shí)采集有關(guān)的圖像信息,確定治療靶區(qū)和重要結(jié)構(gòu)的位置、運(yùn)動(dòng),并在必要時(shí)進(jìn)行位置和劑量分布的校正。,KV級X射線球管,MV級探測器陣列,40對葉片MLC,KV級探測器陣列,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,三. 放射治療技術(shù),錐形束CT:由患者周圍不同角度采集得到的一組開野投射圖像重建而成，使用

25、二維的探測器陣列,直接形成三維圖像,不需要旋轉(zhuǎn)機(jī)架和移動(dòng)治療床,沒有斷層偽影,共軌CT(CT-on-rails)技術(shù),三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,清晰度與診斷CT相當(dāng) 消除了床的變化 將多個(gè)環(huán)節(jié)融為一體跟蹤腫瘤的變化趨勢 完成在線糾正,Tomotherapy系統(tǒng),分層從360度聚焦斷層照射腫瘤 每旋轉(zhuǎn)一周有54個(gè)射野 每

26、個(gè)野有40個(gè)筆形束,三. 放射治療技術(shù),放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,調(diào)強(qiáng)適形放射治療,三. 放射治療技術(shù),調(diào)強(qiáng)適形放射治療,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,四維IGRT:加入時(shí)間變量因素的CT掃描在影像定位、計(jì)劃設(shè)計(jì)和治療實(shí)施階段均明確考慮解剖結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的放療技術(shù),標(biāo)記物到達(dá)某一位置或到達(dá)某一時(shí)相,觸發(fā)加速器射束,探測預(yù)先置于腫瘤中的金屬標(biāo)記,放療,,,,放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)流程,三.