放射物理学基础PPT演示课件

.,1,殷蔚伯主编 第四版第二篇 肿瘤放射物理学基础(第二章 近距离治疗剂量学基础),陈庆森,.,2,第二章 近距离治疗剂量学基础,第一节 概述2001年是近距离放疗开展100周年，在过去的100年中近距离放疗作为放射治疗一个重要组成部分，涉及多种解剖部位癌瘤的治疗，如皮肤、脑、头颈、眼、口腔、食管、肺、乳腺、胰腺、胆管、软组织、直肠、尿道、前列腺、妇癌（宫颈、宫体、阴道、外阴）等。实施治技术可归纳为以下5种：腔内、管内、组织间植入、术中和体膜敷贴。目前国内约有400家放疗部门装备了近距离放疗后装机，接受近距离放疗的肿瘤患者约占放疗病人总数的5%-10%左右，它独具的物理剂量学及放射生物学特点使其与其他肿瘤治疗技术之间存在着互补关系。,.,3,第二章 近距离治疗剂量学基础,除此之外，心血管内照射作为该领域的新秀，近年来在技术、设备和剂量学方面已不断完善，在临床预防或延缓血管成形术后动脉再狭窄很有效，本章第六节将对有关剂量学做详细介绍。近距离放疗的模式按剂量率大小划分成以下几个区段和类别：低剂量率（LDR）指参考点剂量率限定在2-4Gy/h；中剂量率（MDR）为 4-12Gy/h；高剂量率（HDR）12Gy/h；脉冲剂量率（PDR）指剂量率在1-3Gy/h，照射间隔一小时一次，治疗实施仅十分钟左右的模式。以上区段的划分表面看是按物理剂量率的高低，实质上却是依据放射生物学效应。有关高、中、低及脉冲剂量率模式之间，以及与外照射的等效生物剂量转换关系的理论将在本章第六节阐述。,.,4,第二章 近距离治疗剂量学基础,说道放射源，至少有20种核素先后用于近距离治疗，其中有的已经被淘汰，有的正在被替换，有的处于试用阶段，但国内临床上用的大多还是20世纪60-70年代的Co-60、Cs-137、Ir-192等；I-125、Cf-252虽不属于新源范畴，但在国内近距离治疗领域还算是新面孔；西方国家研制的Pd-103、Am-242、Sm-145、Yt-169等，以及用于心血管照射的放射源Sr/Y-90、钒-48、氙-133、铼-186、188等尚未普及。放射源的置放方式主要有手工和“后装”两种方式：手工操作大多限于低剂量率和易于防护的放射源；“后装”技术则是指先将施源器置放于接近肿瘤的人体天然腔、管道或将空心针管植入瘤体，再导入放射源的技术，多用于计算机程控近距离放疗设备。,.,5,第二章 近距离治疗剂量学基础,从放射源在人体置放时间长短划界，近距离放疗又可分为暂时驻留和永久植入两大类。暂时驻留是指治疗后将施源器和放射源回收；永久植入是指将治疗时置放的放射源永远保留在人体内。永久植入尽管是一项传统技术，但由于在治疗前列腺癌方面颇为成功，以及源的不断改进和更新，使其仍然占有一席之地。目前，国内原子能研究院开发了I-125放射源，科霖众等后装治疗医疗设备公司也适时推出了剂量分布计算软件，为该项技术在国内健康发展提供了条件。,.,6,第二章 近距离治疗剂量学基础,在我国，近距离治疗始于20世纪40年代，由上海镭锭医院开创了镭疗的先河。在随后的50年中，基本上同步于国际上放射源和设备的发展，但临床应用主要限于妇癌的治疗。直到1989年由中国科学院肿瘤医院和辽宁省肿瘤医院引进荷兰核通公司micro-selectron-HDR后装治疗机后，治疗领域有了显著的拓宽。在过去的10多年里，国内的近距离放疗经历了潮涨潮落的过程，人们从最初对HDR的激情和过高的期望值，转为更客观、更理智的认识，积累了许多成功的经验和失败的教训，在适应症方面有了更恰当的定位，对剂量率、分次剂量、分次数及总剂量等因素的影响有进一步理解，这些都应归于放射生物学LQ理论的普及。可以这样说，近距离治疗的实践和发展离不开放射生物学理论的指导；尽管物理剂量学十分重要，但当前潜心研究近距离放疗的放射生物学效应及正确审慎地使用这一放疗手段仍是放疗医师面临的紧迫课题。,.,7,第二章 近距离治疗剂量学基础,第二节 近距离放疗使用的放射源,表2-2-1给出了国内临床常用的放射性核素的物理参数及其剂量学特点。不同核素在水中的剂量递减情况见图2-2-1.,.,8,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,9,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,10,第二章 近距离治疗剂量学基础,第三节 近距离放疗的物理量、单位和剂量计算 在过去的100年间随着近距离放疗专业的发展，所涉及的物理概念、定义、单位制、剂量测量和计算方法也不断发生变化，准确理解和掌握这些知识对临床医师同样是必要的。本节力求避开繁琐的数学推导和对历史的阐述，以简洁明了的方式做全面的介绍。一、放射性1896年物理学家亨利.贝克勒尔首先发现了物质的放射性，即元素的原子核释放辐射线的过程。这种辐射以粒子形式，或以电离辐射形式，甚至是二者兼而有之的形式发生。,.,11,第二章 近距离治疗剂量学基础,二、衰变与放射源的活度客观上说原子核内存在有防止粒子进入或从核内逸出的势垒，所以尽管原子核内的粒子具有动能，但所具有的能量在稳定核内尚不足以使其攀越核的势垒逸出；放射性核素则不同，其核粒子具有过剩能量，可经相互碰撞而在核子间不断进行能量再分配。某个核粒子在某个时刻有可能获得足够的能量从原子核逃逸，从而使原子核迁移至低能态；此外，发射粒子后的原子核也可能处于受激态，这时原子核只能有继续发射粒子或射线才能降到低能态，直至达到稳态或基态，这一过程称作衰变。,.,12,（一）衰变常数（）放射性衰变或蜕变过程是一种随机现象。尽管人们可以准确地预测在给定期限内含有大量原子的物质中有多少原子将发生衰变，但却无法知道某特指的原子会在什么时刻发生衰变。放射性衰变在数学上定义为单位时间内衰变的原子数，它遵循指数递减规律： （2-2-1）式中是一比例常数，又称衰变常数，负号表示放射性原子数随时间增长而减少。N0为放射性原子的初始数量，N是t时刻尚存的原子数。,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,13,第二章 近距离治疗剂量学基础,（二）放射性活度放射性物质的活度定义为放射源在t时刻衰变率即： A=A0exp（-t） （2-2-2）式中，A表示在t时刻的放射性活度，A0为初始放射活度，它等于N0。放射活度的旧单位是居里，符号Ci，它定义为1Ci=3.7x1010衰变/秒（dps），且1mCi=10-3Ci =3.7x107dps，1Ci=10-6Ci =3.7x104dps在标准单位制下放射活度单位是贝克勒尔（Bq），1 Bq=1dps= 2.70x10-11Ci或1Ci=3.7x1010Bq=3.7x104MBq。,.,14,第二章 近距离治疗剂量学基础,（三）单位质量活度（Ci/g）不同核素的活度常用单位质量活度来标识，即Ci/g，它等于阿伏伽德罗常数NA=6.023x1010（原子数/克）与衰变常数的乘积再除以原子量的商。例如钴Co-60的单位质量活度为200，铯Cs-137仅为10；而铱Ir-192为450、碘I-125和钯Pd-103分别高达1739和7448，比其他源都高，这是因为它们的原子量低，半衰期短，因此可加工成微型源。,.,15,第二章 近距离治疗剂量学基础,（四）密封源的外观活度在实际应用中，源的有效活度直接受源尺寸、结构、壳壁材料的衰减及滤过效应的影响，源在壳内的内含活度，即裸源活度与有外壳时放射源的活度测量可能存在很大差异，因此派生所谓外观活度概念，它定义为同种核素、理想点源的活度，它在空气介质中、同一参考点位置上将产生与实际的有壳密封源完全相同的照射量率。目前随着源尺寸的微型化，外壳材料变得更薄，导致外观活度与内含活度的差异日趋缩小，根据LAEA（1967）和ICRU（1970）报告建议，外观活度又可称为等效活度。,.,16,（五）半衰期（HVL）和平均寿命（Ta）放射性物质的半衰期T1/2定义为放射性活度或放射性原子数量衰减到初始值之半值所需要的时间，且 T1/2=0.693/ （2-2-3）平均寿命是指放射性原子衰变的平均期限。虽然从理论上讲，所有放射性元素的寿命都是无限长的；但是，引入平均寿命Ta的概念可区分彼此的差异。读者可假想一等效的放射源，该源按初始活度的恒定速率衰变，经Ta时间间隔后全部N0个原子均发生衰变，即等于该源按指数规律从时间t=0到T=衰变产生的总蜕变数，则 （2-2-4）,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,17,第二章 近距离治疗剂量学基础,三，放射性核素的质放射性核素射线的质量用核素符号、半衰期和平均能量三要素表示。如Co-60的HVL=5.27年，射线的平均能量为1.25MeV。四、源的强度源的强度和源的活度是两个既有关联性，又有区别的概念，历史上居里（Ci）曾作为源强度的单位，源强越强、居里数越大，体现在单位时间衰变的次数也高；随后，源强的概念有所改变，侧重在源的剂量学特征上，表达成单位活度的放射源在单位距离处的剂量率，并衍生了五花八门的物理量、定义和单位。,.,18,第二章 近距离治疗剂量学基础,（一）常数与照射量率常数（）x源的特征不仅取决于源内所含放射性物质的质量，同时还取决于单位质量的放射源在单位时间辐射的射线量。早期常数定义如下：假设源自吸收或沿轴向的衰减可忽略，在特定源壳厚度（如0.5mm）和材料（如金属铂）条件下，单位质量的放射源在单位距离处的纯线量。1971年后常数演变为照射量率常数（）x。它是用于描述不同核素、单位活度、距源单位距离处照射量率大小的物理量，它把非核辐射（湮没辐射、特征辐射及韧致辐射）也包括在内，并考虑了射线的衰减和散射。,.,19,第二章 近距离治疗剂量学基础,照射量率常数（）x 定义是：与活度为A的射线点源相距为L，由能量大小=11.3KeV的光子产生的照射量率（Dx/dt）与L2相乘后再被A除所得的商，即（）x = （Dx/dt） L2/A (2-2-5)（）x的单位是C kg-1 m2 h-1 MBq-1，有时也用R m2 h-1 Ci-1。鉴于照射量使用的局限性，照射量率常数的概念现已被空气比释动能率常数逐步替代，而且未被SI单位制选用。（二）照射量率常数 其定义是外观活度为Aapp的点状密封源，距离L（cm）处，在空气介质中的照射量率，且 （2-2-6）,.,20,（三）介质中的吸收剂量率 照射量的概念仅适用于X射线和射线，即光子束，是度量射线在空气中电离的一种手段，且只限于能量低于3MeV的电子束。因为能量再高的话，电离室电子平衡很难建立，壁衰减的不确定因素增加，无法进行准确测量；吸收剂量则不然，它被广泛应用于各种类型的电离辐射（带电粒子和非带电粒子）、各种介质和各种能量，同时还是评价生物效应的基本量。吸收剂量定义为 的商， 为电离辐射在质量为dm的介质中沉积的平均能量。旧单位为拉德（rad），SI单位为戈瑞（Gy），且有以下转换关系：1rad=100ergs/g=10-2J/kg=10-2Gy=1cGy (2-2-7),第二章 近距离治疗剂量学基础,.,21,第二章 近距离治疗剂量学基础,近距离治疗领域放射线能量较低，计算在肌肉组织或水中的吸收剂量率 时，若忽略源几何形状，外壳材质、射线在介质中的散射与吸收衰减，则等于该点空气中的照射量率 与拉德伦琴转换因子fmed的乘积；fmed又等于X射线在干燥空气中产生一对离子所消耗的平均电离功 与电离电荷e的商 ,再与因子 的乘积。 数值为33.97J/C或0.876cGy/R，式中 是介质对水的平衡能量转换系数， 是能量转移过程中韧致辐射的份额，对近距离放射源 0.003，可以忽略不计。,.,22,第二章 近距离治疗剂量学基础,因此，吸收剂量率 （2-2-8） 式中 是介质对水的质能吸收系数比。考虑到源与介质的实际相互作用和影响，即 ，在垂直源轴线的中平面上，距源处吸收剂量的一维表达式为 （2-2-9）,.,23,式中： Aapp：源的外观活度（mCi） fmed：伦琴拉德转换因子（cGy R-1）（）X：放射源照射量率常数（Rcm-1h-1mCi-1） ：剂量空间分布不均匀校正函数，为简化运算通常取平均值， =常数（r 5cm） T（r）：组织散射和衰减因子，它定义为空间某点周围为水介 质时的照射量率与周围是空气介质时的照射量率之比。,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,24,（四）比释动能 K比释动能K是电离辐射在介质中释放电离粒子的动能，定义为dEtr除以dm的商，其中dEtr为不带电粒子（如光子）在质量为dm的介质中释放的全部电离粒子（电子和正电子）的初始动能，即 K=dEtr/dm (2-2-10)比释动能K的单位与吸收剂量相同，为J/Kg，SI单位也是戈瑞（Gy）。（五）空气比释动能率（ ） 自1985年空气比释动能率 被推荐并取代空气照射量率 ，它与空气照射量率的关系，在忽略次级电子与原子核发生辐射碰撞，即韧致辐射的能量损失后，近似为 （2-2-11）,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,25,（六）空气比释动能率常数（）k空气比释动能率常数（）k 与照射量率常数（）x 概念密切相关，用于描述不同核素，单位活度，距离单位距离处比释动能大小的物理量。其定义是：发射光子的放射性核素的比释动能率常数（）k 是L2乘 被A除的商， 是与活度为A的该种核素点源，相距L，由能量大小的光子产生的空气比释动能率，即 (2-2-12),第二章 近距离治疗剂量学基础,.,26,第二章 近距离治疗剂量学基础,（）k 的单位是JCkg-1m2h-1M Bq-1，当空气比释动能率 单位用 Gys- 1，距离用m米，活度用 Bq 时，（）k 的单位是 Gy m2s-1Bq-1；当空气比释动能率用cGys-1，L用m，A用Ci(居里)时，（）k 单位是 cGy m2s-1Bq-1，这个单位暂时尚可使用。 （）k 与（）x 可以互相转换，步骤是：1、将伦琴换算成比释动能，在空气中，电离辐射产生一对正负离子平均消耗的能量（又称电离功）为33.97J C-1，因此2.58x10-14C kg- 1x33.97J C-1 =8.76x10-3J kg-1 2、将居里换算成百万贝克勒尔，且1Ci=3.7x10-4MBq-1.3、计算得出1R m2 h-1 Ci-1=0.2367 Gy m2 h-1 MBq-1。,.,27,第二章 近距离治疗剂量学基础,【例1】钴Co-60照射量率常数为1.308Rm2h-1Ci-1相当于1.308x0.2367=0.310Gym2h-1MBq-1。【例2】等效活度为10Ci的核素铱Ir-192放射源可表示成370CBq或照射量率4.66Rm2/h或参考空气比释动能率4.0682cGym2/h4种形式.（七）参考空气比释动能率 是空气比释动能率 的一个特例，它专指沿源轴垂直平分线上，距离源参考距离为一米处的比释动能率，单位是Gy/h。（八）空气比释动能强度 Sk Sk是AAPM推荐的一个新物理量，是指在自由空间空气比释动能率 与距离平方L2的乘积，表达式 (2-2-13),.,28,单位符号为U，单位是Gy m2/h 1U=1Gy m2/h，读者不难看出Sk与参考空气比释动能率数 值相同，量纲不同。由此可见，介质中吸收剂量率的一维表达式还可以写成 （2-2-14）五 、空气与水（或组织）质能吸收系数比如前所述，若忽略源与介质的扰动影响，空气中的照射量率 与拉德伦琴转换因子fmed的乘积等于介质的吸收剂量； fmed又等于X射线在干燥空气中产生一对离子所消耗的平均电离功 与电离电荷e的商 与因子的乘积 ，后者即质能吸收系数比 。,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,29,对大多数用于近距离治疗的核素，射线能量界于180keV-2MeV，相应水对空气质能吸收系数比 ，只有碘-125平均能量只有35.5KeV，其值为1.02。六、组织衰减及散射校正考虑到射线在介质中的径向衰减、多重散射和非理想点源的各向异性，介质与空气吸收量率转换中还需要进行组织衰减和散射校正，即上述公式中的T（r），T（r）的计算方法有多种：,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,30,第二章 近距离治疗剂量学基础,（一）Meisberge多项式 用电离室测量射线在空气中的照射量与在水中照射量的转换可用早期的Meisberge多项式 进行，它基于若干物理学家实验数据加以综合，经数学处理后沿用至今，即电离室在水中的照射量与在空气中测得的照射量之比等于T（r）,常数系数ABC和D见表2-2-2，适用范围 1 r 10cm. T(r)=A+Br+Cr2+Dr3 (2-2-15),.,31,第二章 近距离治疗剂量学基础,（二）Van Kleffens&Star 公式 致力于这一课题研究的其它物理学家也提出了类似的校正公式，如荷兰物理学家Van Kleffens&Star （1979）推导的公式Meisberger多项式降低了幂次，缩短了运算时间，其表达式见算式2-2-16，不同核素的， 系数见表2-2-3；对Ir-192而言=1.018000， 0 S（r）=x(1+r2)/（1+r2） (2-2-1),.,32,第二章 近距离治疗剂量学基础,（三）Webb&Fox 公式 Webb和Fox1979年用Monte CarIo 方法计算若干点状发射体在介质中的扰动效应，其结果与Meisberger 平均值十分相符合，扣除距离的反平方衰减因素后，其径向剂量递减系数Dr，可分解成两部分：介质的衰减效应，由指数函数表示；多重散射由Br函数计算。 Dr=BrXexp （- r） (2-2-17) 式中：水介质线性衰减系数。Br：距离源r处的建成系数，即水介质中照射量对空气中照射量的比值Evans Komelsen Young 进一步推导出Br的数学表达公式及其有关系数，见表2-2-4 Br=1+Ka（ r）Kb (2-2-18),.,33,第二章 近距离治疗剂量学基础,图2-2-2显示不同核素Brr的变化关系，曲线清楚表明距离源较近的范围（1-7cm）射线的衰减很大程度上被散射光子补偿，以至于同一位置水中照射量与空气介质中照射量近乎相等，直至距离源较远处强度随衰减变化幅度超过散射贡献，曲线开始下降。,.,34,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,35,第二章 近距离治疗剂量学基础,第四节 近距离放疗剂量学系统和施治技术一、妇瘤内照射剂量学系统（一）经典妇瘤（宫颈癌）剂量学及发展 妇瘤腔内放疗可追溯到20世纪初期，并于1920年分别在斯德哥尔摩和巴黎镭疗中心形成系统，斯德哥尔摩系统源强总量10-140mgRa，而巴黎系统只有60mgRa，所以前者治疗时间每次1天，共2次，间隔3周；而后者每次需要2天。随后约在1938年发展的慢切斯特系统则使用中等强度的源，每次治疗需3天，慢切斯特系统因赶上了剂量单位的变迁，那时已不再采用毫克镭小时（mgRah）刻度剂量，而改用照射量（伦琴）来描述。,.,36,第二章 近距离治疗剂量学基础,慢切斯特系统还建立了处方剂量点的概念，并把它定义在相对施源器的解剖结构上，A-B点系统，它被广泛采用并沿用至今，与此同时施源器也随之有所变化：宫腔管采用塑胶管，可视宫腔长度组装1-3个长2.2cm的镭源；阴道穹隆卵型容器各容一个镭源，按外径分为2，2.5，3.0cm3种类型。治疗分次剂量为4000R，共治疗2次，中间休息4-7天，A点剂量率约为57R/h，阴道源对A点剂量贡献仅占总量的40%，B点剂量约为A点的1/3。,.,37,第二章 近距离治疗剂量学基础,计算机在临床剂量学的应用使人们的注意力更多的转移到靶区及邻周正常组织的剂量控制上，纽约系统就是在这一需求下发展起来的。当时在Memorial Sloan Kettering 医院定义的剂量参考点与慢切斯特系统类同，A-B点分别称为参考点Ref和闭孔淋巴结区Obt；此外还定义了一系列的剂量监控点（图2-2-3）；如左右宫体表面UTE（L&R）、宫颈CVX （L&R）、VG1阴道表面、VG2阴道黏膜下0.5cm、R1 R5五个直肠监控点、BL1 BL2膀胱中Foley导尿管中心和后表面Sc-乙状结肠点。优化程序计算每个源在上述监测点的照射剂量，并算出计算值与所需值之间的差别，平方后求和，程序对不同源位及源强组合方案做比较，直至上述平方和最小，优化结果使治疗结果与预定值控制在8%-12%的偏离。,.,38,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,39,第二章 近距离治疗剂量学基础,（二）ICRU30号报告的建议ICRU30号报告力图使宫颈癌治疗技术及专业名称规范化，除确定靶区和治疗区外，ICRU还定义了参考体积的概念，即参考等剂量面包罗的体积。参考剂量值对低剂量率（0.4-2Gy/h）治疗为60Gy；对高剂量率治疗为相应的（ 60Gy ）等效生物剂量值。,.,40,第二章 近距离治疗剂量学基础,参考体积由剂量分布反映的长（dl）、宽（dw）、高（dh）确定（图2-2-4），当采用内外照射综合治疗时，参考剂量60Gy应扣除外照射剂量，点剂量除包括人体器官和近源位置的监控外，还涉及骨结构，其中：直肠剂量参考点（R）为阴道容器轴线与阴道后壁交点后0.5cm处；膀胱剂量参考点（BL）为仰卧位投影片造影剂积聚的最低点，即Foley气囊的中心。腹主动脉旁，髂总和外髂淋巴结参考点与Fletcher淋巴的梯形区定义一致（图2-2-5）；此外ICRU还建议详细记录治疗的时间-剂量模式，治疗技术（施源器）及总参考空气比释动能率。,.,41,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,42,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,43,第二章 近距离治疗剂量学基础,二、传统组织间插植的巴黎剂量学系统及步进源等效模拟用于组织间插植的巴黎剂量学系统是一种手工计算方式，源于计算机问世之前，因此制定了严格的布源规范，以求得尽可能均匀的剂量分布；但在计算机技术高度发展的今天，传统巴黎系统已退居特例的地位，现代优化软件可灵活地应付临床千变万化的各种情况，不过该系统涉及的原则及长期积累的临床经验仍有极大的实用价值，应予以继承和发展。（一）巴黎系统的剂量学原则1、布源规则 巴黎剂量学系统）（PDS）要求植入的放射源无论是铱丝还是等距离封装在塑管中的串源均呈直线型、彼此相互平行、各线源等分，中心位于同一平面、各源相互等间距、排布呈正方形或等边三角形、源的线性活度均匀且等值、线源与过中心点的平面垂直（图2-2-6）。,.,44,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,45,第二章 近距离治疗剂量学基础,2、源尺寸及布局与靶区的对应关系 参考图2-2-6，其中S是源（针管）间距，ml和ms是安全边界：单平面插值中ml是参考等剂量线与外侧针管的间距；多平面插值中ms是中心横断面上参考等剂量线与外侧针管的间距的平均值。（1）、针长S在靶区长3cm，源活性长度4cm时，限定在8-12mm之间；若L 7cm，AL 10cm，S为15-22mm.(2)若靶区厚度T 12mm时则用单平面插值，对正三角形排列S T/0.6，ms 0.35xS。若靶区厚度T 12mm，则用双平面插值，对正三角形排列S T/1.3，ms 0.2xS；对正方形排列S T/1.57，ms 0.27xS。,.,46,第二章 近距离治疗剂量学基础,(3)活性长度AL与靶区长度L的关系 若用铱丝，通常AL L/0.7；对0.5cm间铱子粒 RibbonAL L/0.8。巴黎剂量学系统中AL L的目的是保证靶区能完全被参考等剂量面包罗，针管两端等剂量线凹进部分靶区外。（4）基准剂量点 定义在正三角形各边垂直平分线交点或正方形对角线的交点。该点是源（针管）之间剂量最低的位置，基准剂量是各基准点剂量BDj的平均值 (2-2-19) 且参考剂量RD=0.85 ，对于厚宽长分别为TxWxL的靶区按上述原则布针，可得到0.5cm的安全边界。,.,47,第二章 近距离治疗剂量学基础,3、用步进源模拟传统巴黎系统用现代程控步进源模拟传统巴黎剂量学系统中的铱丝效果并不难，只需要按等间距（例如0.25或0.5cm）设置驻留位，各源位进行等时间照射，活性长度AL根据靶区长度L按巴黎系统规则设计，AL与源步进长度S的关系为AL=NxS，N为驻留位个数；基准剂量点只需设定在中心横断面上；如模拟Ribbon形式，步进微型源则依次在各驻留位停留照射（图2-2-7）,.,48,（二）步进源剂量学方法步进剂量学系统（SSDS）是荷兰物理学家Rob Van Laares归纳的方法，它作为巴黎系统的扩展，在保留巴黎系统基本布源规范的同时，充分利用步进源可灵活设置驻留时间的特点，对剂量分布做优化处理：1、各驻留位照射时间不再相等，而是中间偏低，外周加长，从而使沿纵向排步的基准点串列获得近似相同的剂量。2、活性长度不仅没有必要超出靶区长度，甚至较靶区长度更短（一般AL=L-1.0cm）。3、参考剂量与基准剂量的关系仍然维持RD=0.85 的关系,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,49,图2-2-8为根据SSDS原则优化设计图2-2-7的七针平面乳腺癌插值计划，其活性长度由10cm减至7cm，源步进长度仍为0.5cm，RD=500cGy。读者不难看出SSDS方法较传统PDS系统不仅剂量分布更加均匀，而且在不影响靶区剂量的前提下，参考体积及治疗体积之差明显缩小，从而减少了邻周正常组织的损伤；均匀度的改善主要是由于SSDS方法的基准点是沿靶区纵轴方向设计，源驻留时间经优化计算处理，长短不等，这是PDS系统所不及的。,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,50,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,51,第二章 近距离治疗剂量学基础,（三）ICRU58号报告的建议 继ICRU38号发表后，ICRU58号报告针对组织间插植治疗中吸收剂量和体积参数的表述做出了明确的建议。与外照射领域的ICRU50#报告类似，ICRU58号报告为近距离放疗也引入并定义了一系列体积和平面概念，如瘤区GTV、临床靶区CTV、计划靶区PTV、治疗体积TV、中心平面；剂量分布的描述方面引入坪区、处方量、最小靶剂量MTD、高剂量区HDV、低剂量区LDV、剂量均匀度参数；对时间剂量因素严格定义了照射时间、全程治疗时间、瞬间剂量率、平均全程治疗剂量率、连续照射、非连续照射、分次照射、超分割照射、脉冲照射等概念；,.,52,第二章 近距离治疗剂量学基础,对近距离放疗病例报告的内容方面ICRU58号建议：1、各区域的简述最低限度应包括：GTV、CTV和TV2、对源的描述包括：核素及滤过壳层结构、源类型，如丝源、子粒源、塑管串源、发针型源及针状源、源的几何尺寸、源的参考空气比释动能率、源强分布（均匀分布或非均匀分布）。3、治疗技术和源布局若源布局是遵从某标准剂量学系统，则需明确指出；否则应按前面段落要求描述。与此同时还需记录以下数据：源的数量、线源间距和层间距、中心平面的源布局几何形状（如三角形，正方形等）、插植表面的形状（平面或曲面）、线源是否有交叉，交叉形式如何、施源管的材料、性质（柔性或刚性）、源位置是否采用模板确定、若采用遥控后装技术需指明类型。,.,53,第二章 近距离治疗剂量学基础,时间模式：对时间模式的叙述应包括与辐射方式有关的数据如剂量等，目的是计算瞬时和平均剂量率。连续照射：记录全程治疗时间非连续照射 ：记录全程治疗时间和总照射时间以及治疗间隔时间分次和超分次照射：记录每次照射时间和脉冲宽度，分次间隔和脉冲间隔。当不同源的照射时间不相同时需分别记录对移动源、步进源，应记录步长、驻留时间。通过改进步进源的驻留时间可改变剂量分布。若采用了剂量优化处理需指出所用的类型（参考点优化还是几何优化）,.,54,第二章 近距离治疗剂量学基础,对脉冲照射需指出脉冲平均剂量率，即脉冲剂量与脉宽（时间）之比；另外还应指明距源1cm处的最大局部剂量率。震荡源：记录源向量在不同位置的速度总参考空气比释动能：总照射时间内的参考空气比释动能（TRAK）应予以记录。剂量分布的描述：以下剂量参数应予以记录：处方量：若处方量不是按MTD或MCD概念定义的需要另外指明；若因临床或技术原因，接受的剂量与处方不同时需要加以说明。MTD和MCD，此外还应记录高剂量区HDV的大小、任何低剂量区的尺寸、剂量均度数。,.,55,第二章 近距离治疗剂量学基础,三、实施技术 目前国内、外各放疗部门采用的治疗技术尽管各种各样，但基本上可归纳为4I+1M。即腔内（intracavitry）、管内（ intralumenal）、组织间（ interstial）、术中（intraoperative）和模技术（mould）等5种类型，每种方式有各自的特点，针对特定的肿瘤患者，物理人员应与医生讨论治疗指征和施用器械，选择最适宜的手段施治。（一）腔内、管内照射技术 该技术的特点是利用人体自身天然腔体和管道置放施源器，治疗诸如宫颈癌、鼻咽癌、食管癌、主支气管肺癌、直肠癌及阴道癌等。有关临床操作细节，如适应症、禁忌症、施源器置放、靶区定位、治疗分次及单次剂量、总剂量等应在临床专题章节阐述，这里探讨三个共性问题：,.,56,第二章 近距离治疗剂量学基础,1、参考点设置 腔管治疗的剂量参考点大多相对治疗管设置，且距离固定。例如，食管癌、气管肿瘤参考点设在距源轴10mm处，直肠、阴道癌治疗参考点定在粘膜下，即施源器表面外5cm。这尽管不是强制性规定，但基本上已在国内外文献中得到公认，国内也有医师通过患者CT数据统计支持这一选择。当然，这并不意味着认定肿瘤靶区边缘就在这一距离，而是为了施治技术的相对统一以及便于院所间交流形成的规范。因为如果不这样做，距离反平方因素将会使各院之间的实际施治剂量大径相庭，完全丧失交流的基础，这是近距离放疗有别于外照射的一个重要方面。,.,57,第二章 近距离治疗剂量学基础,2、剂量梯度变化的影响 随之而来的另一个问题是施源器的规范化问题。因为参考点确定后，与正常组织反应有直接关联的黏膜受量将由治疗管的外径大小决定。例如，使用细塑管（2mm）做食管癌腔内照射，参考点设在离管轴10mm处，在参考剂量Dr相同时，患者的黏膜反应比使用标准施源器（ 6mm ）严重，这点不难从图2-2-9得到解释，在上述条件下施源器表面DS1（d=1mm）和DS3（d=3mm）分别是Dr（d-10mm）的12.5倍和3.5倍，即或扣除体积因素，前者引起的反应必然高。为此，腔内照射施源器管径和参考距离的选择须控制Ds/Dr之比在2-3为好，必要时还需依患者反应程度减少Dr量。同时，阴道、直肠癌照射的参考点选在施源器表面或黏膜下5mm，这时选用较粗的柱状施源器有利于削弱靶区的梯度变化（图2-2-10），这时G3 G10,.,58,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,59,第二章 近距离治疗剂量学基础,3、源步进长度的影响 现代程控步进铱源后装机提供的源步进长度可在2.5、5.0甚至10mm等级差中选用，其中选2.5或5mm是等效的。这是因为微型铱源活性长度约在4.5mm，选用2.5和5.0mm步长均达到模拟等线密度铱丝的效果，只不过后者的线密度减半（驻留时间加倍）而已，治疗管外均可得到连贯的等剂量分布；与此相反，若采用10mm步长将会导致高剂量岛和冷热剂量区交错的状况（图2-2-11），在使用外径较粗的施源器时，这一现象被隐含在施源器内尚不足虑；而用纤维塑管施治，葫芦状分布必然会影响疗效，故不应提倡采用。,.,60,第二章 近距离治疗剂量学基础,.,61,第二章 近距离治疗剂量学基础,（二）组织间插植照射和模板技术组织间插植照射是指预先将空心针管植入靶区瘤体后，再导入步进源进行照射，其剂量分布直接受针管阵列的影响。若使用模板规则布阵可模拟传统巴黎系统（PDS）或按步进源剂量学系统（SSDS）获得较均匀的剂量分布，用于乳腺癌、软组织肉瘤等插值治疗；亦可采用徒手操作，非规则布阵，用于舌癌、口底癌等解剖结构较复杂，无法使用模板的部位。这时可借助优化概念及方法改善剂量分布均匀度。,.,62,第二章 近距离治疗剂量学基础,目前，近距离放疗计划软件的开发相对外照射仍有较大差距，表现在充分利用CT解剖信息方面尚有难度，一方面是因为金属施源器在CT影像中会产生伪影；另一方面是实现解剖及施源器三维重建、三维显示的技术不如外照射。为此，中国科学院肿瘤医院近距离放疗室将CT影像技术和传统巴黎剂量学系统的原则相结合，发展了以CT影像为依据、模板辅助的插植技术，其特点是将针管按预制模板限定的针孔阵列植入CT断层确定的肿瘤组织（靶区）内，并在解剖图背景下打印内照射剂量分布。这一技术实用简单、准确，先后用于脑瘤（胶质瘤和脑膜瘤）、各部位（臀部、腹部、腿部）软组织肉瘤及胸膜间皮瘤插植治疗。,.,63,第二章 近距离治疗剂量学基础,（三）手术中置管术后照射该技术是电子线术中照射的扩展，主要用于受限要害器官，手术切缘不净，亚临床病灶范围不清的情况。这时可在瘤床范围预埋数根软性塑管，术后导入步进源做补充照射。该方法适用于部分脑瘤（邻近中枢部位）、胰腺、胆管、膀胱癌、胸膜瘤等手术，有利于提高肿瘤控制率，减少复发以及便于分次多程照射。实施过程中需做好瘤床金属标记，理顺软塑管排布次序和走向，避免扭曲、折损和交错，最好使用有硬心的软塑管，这是保证术后顺利施治的前提。,.,64,第二章 近距离治疗剂量学基础,（四）敷贴治疗 敷贴治疗对放疗医师并不陌生，远在镭疗年代就用于表浅皮肤癌治疗，并发展了著名的Quimby 和Patreson-Parker系统，对镭模布源制定了严格的规范；当今，使用程控步进源，并有先进的剂量分布优化软件相佐，可根据巴林剂量学原则按单平面插植条件布源，为降低靶区剂量变化梯度，需避免直接将塑管敷贴在皮肤表面，可用组织等效材料、蜡块或凡士林纱布隔开。另外，切忌用于深层（1cm）肿瘤的治疗，因为剂量梯度落差可能导致肿瘤在达到控制剂量之前，皮肤剂量已远远超出其耐受剂量水平，从而产生严重烧伤。,.,65,第二章 近距离治疗剂量学基础,（五）立体定向组织间插植立体定向组织间插植是与神经外科颅脑手术同期发展的近距离治疗技术，步骤是患者戴着与立体定向放射手术（SRS）类似的有创定位头架对病变做CT/MRI立体定位，由医师确定靶区，再由物理师根据病变位置、大小和形状在极坐标条件下，设置放射源驻留位，计算剂量分布，经医师确认后实施治疗。治疗时换上头环相同，结构不同的治疗头架，外科医师则根据计划设计的角度和深度（即、 和r ）通过颅骨钻孔，针管植入把放射源导入，做暂时或永久性近距离照射。这套器具和软件往往可以和SRS系统同时购买，针对病变特征选择外照射和内照射，或组合照射。但从目前来看该技术因涉及颅脑手术，普及程度不是太高。,.,66,第二章 近距离治疗剂量学基础,第五节近距离放疗临床剂量学不步骤 和外照射一样，近距离放疗也需要一组专业人员，包括放疗医师、护士、技术员及物理师，职责分明、配合默契、有条不紊进行。一、疗前准备、施源器置放及护理措施适合于做近距离放疗的肿瘤患者需按照治疗病种及技术充分做好疗前准备：准备工作主要由近距离治疗室的护士负责，她们除了要了解肿瘤病人的基础护理知识外，还需要掌握近距离放疗中腔内、管内、组织间插植、术中置管及模板敷贴等各具特点的技术操作。,.,67,第二章 近距离治疗剂量学基础,（一）支气管肺癌1、首次治疗的病人应事先预约治疗时期时，由医师做必要的解释工作（尤其是对那些从未做过支气管镜检查的患者），介绍腔内治疗的方法、过程及注意事项，以减少病人思想负担，达到积极配合的目的。2、治疗当天空腹来院，插管前肌注苯巴比妥、阿托品各一支，2%利多卡因雾化吸入，麻醉口鼻部15分钟。由护士协助医师做支气管镜检查，并将塑管施源器插置到位，然后，将体外塑管用胶布牢固粘接在鼻翼部，以防止打喷嚏、咳嗽时脱落而前功尽弃；插管时还应严密观察病人的反应，及时用吸引器排除痰液，如有憋气应及时给予氧气吸入；操作医师手法应稳妥快捷，避免发生出血事故等。,.,68,第二章 近距离治疗剂量学基础,3、对支气管、肺癌病人应优先做治疗计划并优先予以治疗，尽量减少等候时间，候诊时嘱咐病人保持情绪安定，张口呼吸，以避免由于施源器的刺激导致咳嗽加剧。4、治疗结束，拔出施源器动作要轻而快，以减轻拔管时的刺激：立即清洗施源器，再放入消毒液中浸泡后取出以备再用。消毒时塑管施源器开口需要置液面外，以防进水污染施源器并影响治疗。5、病人治疗结束1小时后方可进食，防止麻醉期恢复前食物误入气管发生意外。,.,69,第二章 近距离治疗剂量学基础,（二）食管癌1、食管癌病人治疗当天早晨禁食，治疗前先口服2%利多卡因5ml，分3次口含后慢慢咽下。2、稍后，由护士协助医师置放施源器，嘱咐病人积极配合，边插边做吞咽动作；置放到位后，将施源器塑管旋钮旋紧固定在面罩上，让病人衔住咬口器，以免施源器活动改变了位置，影响治疗。3、病人置入施源器后，唾液分泌会明显增多；这时可给一次性口杯承接，保持卫生。4、治疗结束后取出施源器，消毒方法同上；嘱病人两小时后进食，当天以食稀软食物为好。,.,70,第二章 近距离治疗剂量学基础,（三）鼻咽癌1、鼻咽癌病人做腔内治疗时不必要禁食，治疗当天协助医师给病人鼻腔部喷入2%利多卡因和1%麻黄素，起局麻和局部血管收缩作用。2、施源器置放前先在表面涂一些石蜡油，使鼻腔组织润滑，避免插入时黏膜受损出血。3、施源器置放后用胶布牢固固定在鼻翼部，让病人双手托住体外部分，以免分泌物浸湿胶布，施源器因重力滑出脱落。4、治疗完毕，将施源器轻轻拔出，清洗消毒（方法同上），嘱病人不要用力擤鼻涕，以防出血。,.,71,第二章 近距离治疗剂量学基础,（四）宫颈癌1、治疗前一天晚上做灌肠或口服泻药清肠，治疗当天排空直肠。2、置放施源器前做外阴备皮、阴道冲洗、排空膀胱、直肠，排空膀胱、直肠的目的是减轻压力，使这些器官尽可能远离放射源，治疗时减少辐射和直肠受量。由护士协助医师置放阴道、宫颈施源器。4、治疗结束后，取出施源器，清洗消毒（方法同上），病人无不适感觉后方可离院。（五）脑瘤、胸膜间皮瘤、软组织肉瘤、头颈部肿瘤等软组织间插植治疗1、此类患者一般需先住院，再接受插植治疗，由于是手术治疗，故在治疗前做好多项准备工装，如备皮、模板制作、CT定位等，并对患者家属或本人实事求是地介绍治疗目的、过程和可能存在的危险性，消除不必要的恐惧和顾虑。,.,72,第二章 近距离治疗剂量学基础,2、治疗前准备好手术所需要的器械，包括：无菌手术包一个，内有22cm直、弯止血钳2把，手巾钳4把，8-10号小弯止血钳8把，针持、刀柄各1把，5ml注射器1个，长短7号针头各2个，弯盘、治疗碗各1个，小药杯2个，治疗巾4块，辅料若干，无菌手套和手术衣视手术操作者及助手人数而定，插植所用针长、类型及数目视靶区大小而准备；此外，还需要准备消毒、麻醉及可能需要的抢救物品；急救药、氧气筒（袋）、减压药、止血药、输液用品、吸引器和术前备血。3、术前一天消毒手术间 用消毒液擦拭室内手术床等物品，拖地，进行紫外线消毒；术前将塑管施源器或模板放在消毒液中浸泡备用。,.,73,第二章 近距离治疗剂量学基础,4、手术当天根据医嘱给病人肌注地西泮及哌替啶等药物，协助医师做局麻（2%利多卡因40ml加上肾上腺素5滴）及组织间插植术。术中严密观察病人血压、脉搏、输液反应情况；对病情较重的患者治疗时需通过对讲机和监视器进行监护。5、治疗完毕后，协助医师拔针，同时做好止血及急救准备，在确定无危险情况下，将病人护送 到病房，与主管医师、护士交代病情，密切观察后24小时内病人情况，以便随时做应急处理。6、整理手术间，清除污物，更换被褥，清洗清点手术器械，再用酒精擦拭后备用。,.,74,第二章 近距离治疗剂量学基础,近距离放疗涉及的护理工作面广，对人员业务素质要求高，为高质量、安全实施治疗，除一般护理技能外，还应通过短期集中培训，使他们熟悉、掌握外科手术、妇科、内科等综合护理技能，才能得心应手协同医师工作；凡尚未配置专职的、有经验的护理人员部门，应充分认识这一岗位的重要性，完善人员配置。在人手紧张的单位还可考虑一职多能，各负其责的原则培训队伍，除专业性强的工作由各类人员分别处理外，还可共同掌握基本的治疗计划和治疗机操作，相互补长取短，以减少或避免差错事故。总之，要努力把该组成员养成具有临床、放射物理专业知识，又有严谨科学态度和责任心的队伍。,.,75,第二章 近距离治疗剂量学基础,二、靶区定位、施源器及解剖结构的空间重建施源器置放后，下一步是拍摄定位片，确定靶区，选择源活性驻留位，进行空间重建，这是非常重要的，必不可少的临床剂量学环节。定位片的拍摄和诊断片不同，它们是在空间两个不同方位拍摄到的最能清晰无误的反映施源器、靶区、邻周解剖结构相互关