李英放射物理

1、附一院腫瘤科李 英2013.3,放 射 物 理 學,主講內容,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特性和測量 三. 放射治療技術,三. 放射治療技術,,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種類,三. 放射治療技術,立體定向放射治療（ ster

2、eotactic radiotherapy，簡稱SRT ） 是指采取等中心技術，非共面多弧照射實現(xiàn)多個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,調強適形放射治療,調強適形放射治療(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，并且每一個射野內諸點的輸入劑量率能按要求的方式進行調整，使靶區(qū)內及表面的劑量處處相等，以達到高劑量區(qū)劑量分布的形狀在三維(立體)方向上與靶區(qū)的實際形狀一致。僅滿足第一個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,調強適形放射治療,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,調強放射治療 劑量學優(yōu)點： 可使高劑量區(qū)分布，在3D空間上更接近靶區(qū)的實際形狀， 特別是當靶區(qū)形狀為凸型及凹型時, 非IMRT技術無法實現(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,,IMRT是利用多個照射野、眾多子野，調整射野內諸點的輸入劑量率，其結果可達到高劑量區(qū)的分布和PTV形狀完全一致,調強適形放射治療,調強束常見常見的實現(xiàn)方式,電動多葉光柵調強技術 ML靜態(tài)調強 MLC動態(tài)調強動態(tài)弧形調強技術 斷層調強技術,三放射治療技術,,MLC靜態(tài)調強： Stop & Shot,該技術是把每個照野的強度分級，并把每一照野分為多個子野(Segments)依次進

6、行疊加式照射，每一個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： 容易對計劃進行驗證 缺點： 射線利用率低 費時間,調強適形放射治療,調強束常見常見的實現(xiàn)方式,三放射治療技術,,調強適形放射治療,調強束常見常見的實現(xiàn)方式,MLC動態(tài)調強,(Dynamic）：,通過計算機控制兩對葉片(引導片和跟隨片)的相向運動由于兩對葉片的相對位置、運動速度和停留時間不同實現(xiàn)調強技

7、術, 機架角度不變時，在每個子野治療的過程中，MLC在照射過程中不斷自動變換模式射束始終處于“on”狀態(tài) 優(yōu)點：自動化程度高, 速度快 缺點：浪費射線 驗證較困難,三放射治療技術,,調強適形放射治療,調強束常見常見的實現(xiàn)方式,旋轉照射野實現(xiàn)調強(Intensity Modulating Arc Therapy IMAT),是在機架旋轉的同時，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

8、變換照射野的形狀,照射弧的數目由所照射靶區(qū)的強度分級決定, 每一條照射弧對應一個子野優(yōu)點：不存在銜接野劑量的冷熱點 射線利用率高缺點：對TPS 的技術要求更高 計劃驗證有一定困難,三放射治療技術,,調強適形放射治療,調強束常見常見的實現(xiàn)方式,斷層式調強治療（ Serial or Slice to Slice Tomotherapy ）,治療床步進式掃描照射技術, 每個治療層面分別照射。該系

9、統(tǒng)主要有三部分組成: 小多葉光柵 : 由20對(40個)8cm厚的葉片組成，每個葉片可獨立運動(2)高精度治療床:該床的運動誤差為0.1-0.2 mm，可自動控制病人在長軸方向的運動 治療計劃系統(tǒng)： 該技術的缺點是照射野銜接處的冷熱點問題 特別在照射運動性靶區(qū)腫瘤時存在明顯的缺陷 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,,調強適形放射治療,調強束常見常見的實現(xiàn)方式,螺旋式斷層照射調強技術（spiral o

10、r Helical Tometherapy ）,螺旋式斷層照射其原理類似螺旋CT掃描射束在機架上由64個葉片組成在治療過程中人體沿長軸方向連續(xù)運動通過環(huán)形機架時,扇形束呈不間斷的360°繞病人旋轉照射優(yōu)點 不存在照射野銜接處劑量的冷熱點 該系統(tǒng)可集腫瘤診斷、定位、計劃設計缺點 治療技術實施太困難 設備造價高,,,輸入患者一般信息和圖像,登記和配準圖像,定義解剖結構,給定處

11、方劑量要求,實施計劃(即治療),驗證治療計劃,調整射野參數,,,,,,,,,,評價治療計劃，計劃是否滿意,,,,,,放射治療計劃的設計流程,是,否,調強適形放射治療,三放射治療技術,三放射治療技術,,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,三放射治療技術,,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,,,,腫瘤體積(gross tumorvolume,GTV ),內靶體積(

12、ITV),計劃靶體積 (planning target volume,PTV),,治療體積,,照射體積,,,臨床靶體積(clinical target volume,CTV ),,,放射治療計劃的設計流程,調強適形放射治療,三放射治療技術,三放射治療技術,,危險器官(organs at risk,OR):I類: 放射損傷是致死的或可導致嚴重疾患(晶體、脊髓)II類: 放射損傷可導致中度輕度疾患III類:放

13、射損傷是暫時的,可逆的 或不會引起明顯疾患,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,三放射治療技術,,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,器官 劑量（Gy）≧ 體積（%）≦腦干 50～54

14、 0眼晶體 8 0視神經視交叉 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,,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,三放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,,,劑量顯示和計劃評估工具 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)計學關系的直方圖,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,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,,,劑量體積直方圖(DVH)的應用 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：一個計劃的曲

22、線總在另一個計劃的左側前一個計劃優(yōu)于后一個有交叉以器官類型而定,三放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,,,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,放射

23、治療計劃的設計流程,靶區(qū)(腫瘤) 劑量驗證,點劑量驗證：保證每一患者得到安全有效的精確治療 保證靶區(qū)劑量的精確性達到±5％面劑量驗證：Map check和MatriXX二維半導體和電離室矩陣,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,靶區(qū)(腫瘤) 位置驗證,放射治療的擺位誤差，靶區(qū)移位和變形的影響，呼吸運動的影響,圖像引導放射

24、治療（image-guided radiotherapy , IGRT） 放射治療機與成像設備結合在一起,在治療時采集有關的圖像信息,確定治療靶區(qū)和重要結構的位置、運動,并在必要時進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,放射治療計劃的設計流程,調強適形放射治療,三. 放射治療技術,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,不需要旋轉機架和移動治療床,沒有斷層偽影,共軌CT(CT-on-rails)技術,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,清晰度與診斷CT相當 消除了床的變化 將多個環(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 每旋轉一周有54個射野 每

26、個野有40個筆形束,三. 放射治療技術,放射治療計劃的設計流程,調強適形放射治療,三. 放射治療技術,調強適形放射治療,放射治療計劃的設計流程,四維IGRT:加入時間變量因素的CT掃描在影像定位、計劃設計和治療實施階段均明確考慮解剖結構隨時間變化的放療技術,標記物到達某一位置或到達某一時相,觸發(fā)加速器射束,探測預先置于腫瘤中的金屬標記,放療,,,,放射治療計劃的設計流程,三.