放射性粒子植入治療腫瘤物理學(xué)基礎(chǔ)

1、,放射性粒子植入治療腫瘤,物理學(xué)基礎(chǔ),楊瑞杰 博士,副研究員,ruijyang@yahoo.com,北京大學(xué)第三醫(yī)院,,粒子植入中的物理學(xué)工作,?????,項(xiàng)目與技術(shù)流程的建立計(jì)劃系統(tǒng)驗(yàn)收和試運(yùn)行劑量計(jì)算和計(jì)劃設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)備質(zhì)量保證……,,內(nèi),容,? 放射性粒子永久性植入的特點(diǎn)? 一般臨床特點(diǎn)? 臨床物理、劑量學(xué)特點(diǎn)? 幾個(gè)臨床物理學(xué)問題,?????,劑量學(xué)中的

2、幾個(gè)基本概念粒子活度選擇治療計(jì)劃概述劑量處方、報(bào)告和評(píng)價(jià)布源方式,,外照射放療? 分次照射（～??次）? 治療時(shí)間長(zhǎng)（～6周）? 場(chǎng)地、設(shè)備要求高? 價(jià)格昂貴? 電子機(jī)械故障導(dǎo)致停機(jī),粒子植入? 一次性植入? 1-2天的住院或門診治療? 場(chǎng)地、設(shè)備要求相對(duì)較低? 相對(duì)便宜? 沒有停機(jī)問題,一般臨床特點(diǎn),,? 中短半衰期核素,? 低能、高線性能量傳遞（LET）,? 劑量分布特性

3、,? 劑量率特性,? 超低劑量率,? 指數(shù)衰減的劑量率,物理、劑量學(xué)特點(diǎn),同位素,（天）,半衰期 常用活度,（mCi）,90%能量,（天）,Cs-131I-125Pd-103,9.759.417.0,1.1-1.70.3-0.81.1-1.7,3319758,粒子植入常用的放射性核素,,? 中短半衰期,? 低能、高線性能量傳遞（LET）,? 劑量分布特性,? 劑量率特性,? 超低劑量率,? 指

4、數(shù)衰減的劑量率,物理、劑量學(xué)特點(diǎn),同位素Cs-131I-125Pd-103,光子平均能量（keV）30.428.520.8,半價(jià)層（mm鉛）稍高于I-1250.025(2cm組織)0.008,粒子植入常用的放射性核素,北醫(yī)三院,北京 ????,Dose rate effect,,,,,,,,? 低OER、高RBE,粒子植入的生物學(xué)特點(diǎn),? Radia

5、tion sensitivity? Recovery,? Redistribution? Repopulation? Reoxygenation,? Irradiated volume,,? 中短半衰期,? 低能、高線性能量傳遞（LET）,? 劑量分布特性,? 劑量率特性,? 超低劑量率,? 指數(shù)衰減的劑量率,物理、劑量學(xué)特點(diǎn),,,粒子植入典型的劑量分布,I-125,外照射,,粒子植入的劑量分布特性,外照射放療?

6、靶區(qū)內(nèi)劑量均勻? 正常組織接受中低劑量照射（SRS/SRT，IMRT）? 對(duì)患者和器官運(yùn)動(dòng)敏感? 受分次擺位誤差影響大,粒子植入? 靶區(qū)內(nèi)劑量相對(duì)不均勻? 靶區(qū)外劑量迅速跌落? 對(duì)患者和器官運(yùn)動(dòng)不敏感? 對(duì)單個(gè)粒子植入誤差相對(duì)不敏感,,劑量均勻性臨床和實(shí)踐意義? 靶區(qū)內(nèi)劑量不均勻性,??,導(dǎo)致局控失敗或壞死（Simon et al 1993）對(duì)腫瘤控制意義尚不清

7、楚,? 靶區(qū)和正常組織移行區(qū)劑量不均勻性? 有利于正常組織的保護(hù),?,對(duì)腫瘤控制的意義有待研究,? 劑量體積處方和約束? 粒子活度、布源方式,,? 中短半衰期,? 低能、高線性能量傳遞（LET）,? 劑量分布特性,? 劑量率特性,? 超低劑量率,? 指數(shù)衰減的劑量率,物理、劑量學(xué)特點(diǎn),,???,高劑量率 >12 Gy/h中劑量率 4~12 Gy/h低劑量率 2~4

8、Gy/h,?,125I,0.07 Gy/h,?,103Pd,0.20 Gy/h,超低劑量率,,幾個(gè)臨床物理學(xué)問題? 低OER、高RBE? 劑量學(xué)中的幾個(gè)基本概念? 粒子和活度選擇? 治療計(jì)劃概述,?,劑量處方、報(bào)告和評(píng)價(jià),? 布源方式,,? 低OER、高RBE,劑量學(xué)中的幾個(gè)基本概念,? 放射性核素和放射性粒子? 能量、活度和強(qiáng)度,? 劑量率、劑量和累積劑量? 生物等效

9、劑量,,粒子植入常用的放射性粒子,,? 低OER、高RBE,劑量學(xué)中的幾個(gè)基本概念,? 放射性核素和放射性粒子? 能量、活度和強(qiáng)度,? 劑量率、劑量和累積劑量? 生物等效劑量,,? 顯活度(Aapp, 單位mCi),? 與給定包裹源具有相同Kerma非濾過點(diǎn)源活度,? 空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度(Sk單位U),? 1 U = 1 cGy cm2 h-1,? 空氣比釋動(dòng)能和顯活度間的關(guān)系,? 0.876X1.45=1.2

10、7 U/mCi (125I) ,,? 1.29 U/mCi (103Pd), 0.638 U/mCi (131Cs),S k / Aapp ? (?? ) x [W / e],粒子活度和強(qiáng)度,,幾個(gè)臨床物理學(xué)問題? 低OER、高RBE? 劑量學(xué)中的幾個(gè)基本概念? 粒子活度選擇? 治療計(jì)劃概述,?,劑量處方、報(bào)告和評(píng)價(jià),? 布源方式,,粒子活度選擇? 低OER、高RBE,???

11、??,半衰期射線能量靶區(qū)和危及器官幾何關(guān)系粒子間距和劑量均勻性粒子數(shù)目和時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本,,粒子活度的劑量學(xué)效應(yīng)相同處方劑量，粒子活度增加,????,粒子數(shù)、植入針數(shù)下降手動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)難度增加均勻性、危及器官保護(hù)計(jì)劃優(yōu)化活度選擇范圍可以擴(kuò)大些,,? 低OER、高RBE,粒子活度選擇－示例,? 前列腺癌：0.4 mCi（ 0.3-0.7 mCi ）? 胰腺癌

12、： 0.5 mCi,? 頭頸部腫瘤：0.7-0.9 mCi? 直腸、婦科復(fù)發(fā)腫瘤? 肺癌,,幾個(gè)臨床物理學(xué)問題? 低OER、高RBE? 劑量學(xué)中的幾個(gè)基本概念? 粒子和活度選擇? 治療計(jì)劃概述,??,布源方式劑量處方、報(bào)告和評(píng)價(jià),,治療計(jì)劃目的和意義? 低OER、高RBE,?????,指導(dǎo)訂購(gòu)粒子指導(dǎo)術(shù)中植入劑量學(xué)評(píng)價(jià)技術(shù)項(xiàng)目評(píng)價(jià)和改進(jìn)

13、臨床劑量體積效應(yīng)評(píng)價(jià)與分析,,治療計(jì)劃? 低OER、高RBE,?,計(jì)劃方式,??,手工計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)公式(Nomograph)計(jì)算機(jī)化的計(jì)劃設(shè)計(jì),??,模擬計(jì)劃和實(shí)際計(jì)劃技術(shù)項(xiàng)目流程（術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后）,,術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中計(jì)劃,???,? 低OER、高RBE術(shù)前計(jì)劃指導(dǎo)訂購(gòu)粒子和術(shù)中植入術(shù)中計(jì)劃指導(dǎo)術(shù)中植入和劑量學(xué)評(píng)價(jià)必須做術(shù)前計(jì)劃,?,不做術(shù)中計(jì)劃,?,可以不做術(shù)前計(jì)劃,?,做術(shù)中計(jì)劃,

14、,術(shù)后計(jì)劃? 低OER、高RBE,?,劑量學(xué)評(píng)價(jià)和項(xiàng)目改進(jìn),??,術(shù)前、術(shù)中劑量體積處方和約束術(shù)后劑量學(xué)驗(yàn)證,?,必要性和時(shí)機(jī)選擇,??,前列腺癌非前列腺癌,,幾個(gè)臨床物理學(xué)問題? 低OER、高RBE? 劑量學(xué)中的幾個(gè)基本概念? 粒子和活度選擇? 治療計(jì)劃概述,??,布源方式劑量處方、報(bào)告和評(píng)價(jià),,布源方式? 低OER、高RBE目的和評(píng)價(jià)方式,??

15、?,理想的劑量分布橫斷面劑量分布圖劑量體積直方圖,限制條件,???,靶區(qū)和危及器官幾何位置關(guān)系處方劑量和耐受劑量影像引導(dǎo)和穿刺、植入技術(shù)的限制,,布源方式? 低OER、高RBE現(xiàn)實(shí)選擇,??,均勻布源計(jì)劃優(yōu)化,ABS推薦的前列腺的布源方式,????,改進(jìn)的均勻植入改進(jìn)的周圍植入計(jì)劃優(yōu)化逆向計(jì)劃,,? 低OER、高RBE,幾個(gè)臨床物理學(xué)問題,? 劑量學(xué)中的幾個(gè)

16、基本概念? 粒子和活度選擇? 治療計(jì)劃概述? 布源方式,? 劑量處方、報(bào)告和評(píng)價(jià),,劑量處方報(bào)告和評(píng)價(jià)的意義? 低OER、高RBE,????,指導(dǎo)計(jì)劃設(shè)計(jì)和術(shù)中植入技術(shù)項(xiàng)目評(píng)價(jià)和改進(jìn)技術(shù)推廣與規(guī)范化臨床劑量體積效應(yīng)研究,,近距離治療劑量學(xué)目的? 低OER、高RBE,????,給予靶區(qū)盡可能高的最低劑量每個(gè)放射源周圍高劑量區(qū)范圍盡可能小，

17、避免過度壞死盡量控制劑量不均勻性避免冷點(diǎn)、限制熱點(diǎn),,? 低OER、高RBE,近距離治療劑量學(xué)原則,? 靶區(qū)表面產(chǎn)生均勻劑量,? 限制靶區(qū)內(nèi)超高劑量區(qū)范圍? 靶區(qū)外劑量迅速跌落,,劑量處方? 低OER、高RBE,? 劑量分布特點(diǎn)及其臨床意義,? 劑量處方在包含靶體積的等劑量面上,? 處方劑量通常以計(jì)劃達(dá)到的靶區(qū)最低劑量表示,? 粒子植入中通常使用mPD,(minimum peripheral dose),

18、,? 低OER、高RBE,? mPD (minimum peripheral dose),? D100,mPD,MPD (matched peripheral dose)，目前很少使用,,? 低OER、高RBE,劑量處方內(nèi)容和適用范圍,內(nèi)容,? 靶區(qū)和危及器官定義? 靶區(qū)劑量體積處方,? 危及器官的劑量體積約束,適用范圍,? 術(shù)前和術(shù)中計(jì)劃,,劑量處方示例－前列腺癌? 低OER、高RBE,???,Pd-103 90

19、-100 Gy mPDI-125 100-110 Gy mPDCs-131 85 Gy mPD,? 單純粒子植入,??,Pd-103 125 Gy mPDI-125 145 Gy mPD,? Cs-131 115 Gy mPD,,? 低OER、高RBE,劑量報(bào)告與評(píng)價(jià),? 靶區(qū)和危及器官定義,? 靶區(qū)和危及器官劑量體積分布? 影像引導(dǎo)和植入方式（流程）? 粒子的描述,? 核素種類、粒子類型? 活

20、度,,? 低OER、高RBE,靶區(qū)和危及器官劑量體積分布,? 橫斷面劑量分布圖? 劑量體積直方圖,術(shù)中、術(shù)后計(jì)劃,? 前列腺癌,? 非前列腺癌,,? 低OER、高RBE,植入方式,? 植入流程? 計(jì)劃方式? 布源方式,,? 低OER、高RBE,劑量學(xué)報(bào)告與評(píng)價(jià)?示例,前列腺癌推薦的術(shù)后劑量學(xué)評(píng)價(jià)參數(shù),? 前列腺劑量V100, V150, V200, D90,? 尿道劑量UV125, UV150, UD50, UD30

21、, UD5? 直腸劑量RV100,Pro-Qura: University of Washington, Seattle, community-based,,,直腸劑量效應(yīng)關(guān)系,?????,放射性直腸炎9%, 植入時(shí)R100小于1.00cc時(shí)2%術(shù)后驗(yàn)證R100小于1.30cc 5年2級(jí)直腸炎5%, 大于1.30cc，18%術(shù)中R100 <0.5 cc, 直腸漏小于３%，建議可以進(jìn)一

22、步限制R50水腫影響, 術(shù)后驗(yàn)證時(shí)直腸表面劑量大于植入時(shí)50%直腸晚期并發(fā)癥和MPD、粒子活度和總活度沒有關(guān)系,???,Herstein 2005, Snyder 2001Mayadev 2007, Taussky D 2006Wallner 1995,,小,結(jié),? 劑量處方? 系統(tǒng)? 清晰? 明確? 報(bào)告和評(píng)價(jià)? 系統(tǒng)? 科學(xué)? 意義,,小,結(jié),? 臨床、物理、劑量學(xué)特點(diǎn)? 基本概念