课件：放射物理学.ppt

肿瘤放射治疗现状与发展,肿瘤治疗现状 当前影响我国人民群众身体健康的慢性病主要有心脑血管疾病、恶性肿瘤、糖尿病、慢性呼吸系统疾病等 恶性肿瘤：目前我国每年新发病例220万人，死亡160万人。 每4-5个死亡病例中，就有一人死于恶性肿瘤。近30年，全球恶性肿瘤发病数以年均3%至5%的速度递增，其中20%的新发病人在中国，24%的死亡病人在中国，中国的恶性肿瘤生存患者和治愈患者仅为13%。农村和城市发病率总体趋同。如得不到遏制，预计到2020年，我国将有550万新发恶性肿瘤患者，死亡人数将达400万。,约60-70%的恶性肿瘤病人在病程中的某一阶段要使用放疗。 放疗疗效肯定,据1998年WHO统计, 目前有45%的恶性肿瘤可以治愈(手术治愈22%,放疗治愈18%,化疗治愈5%)。,口咽、舌根、扁桃体癌的放疗治愈： 37%53%， 上颌窦、鼻腔筛窦癌： 38%40%， 早期的舌癌、鼻咽和宫颈癌： 86%一94%， 食管癌 早期： 80% 中晚期： 8%16%， 国外的早期直肠、喉癌 80%97% 故此看放疗在肿瘤治疗上是有重要价值的。,肿瘤放疗的历史 肿瘤放疗至今有100多年的历史。从1895年伦琴发现X线，1896年居里夫妇发现镭后开始。 在放疗初期： 镭管、镭针近距离放疗。适用于位于浅表的肿瘤,或自然腔道能进入部位的肿瘤,而且对体积较大肿瘤的放射剂量分布不佳,最重要的缺点是对医护人员的辐射量较大。 上世纪30年代：发明千伏X线治疗机，放射物理学和放射生物学的研究有了重要发展。,50年代：发明60Co放疗机，开始应用于临床治疗，疗效显著提高。 6070年代：医用加速器产生，用高能X线和电子线治疗肿瘤。并逐步取代X线治疗机和60Co放疗机。近距离放疗逐步被减少使用。 60年代末：刀、X刀，开创了立体定向放疗技术。放射物理、计算机和CT技术的高度发展，适形放射治疗、调强放射治疗。 80年代起：计算机控制的近距离后装放疗机问世，形成外放射和近距离放射共存的局面。,90年代初：采用CT模拟技术,使肿瘤放疗真正达到精确治疗。 98年：国内引进CT模拟技术,开展三维适形（放射高剂量分布与肿瘤立体形态基本保持一致）放疗,由Eclipse计划系统设计的脑肿瘤五野调强IMRT治疗计划,放 射 治 疗 1、什么是放射治疗？ 放射治疗是指用放射性同位素的射线，X线治疗机产生的普通X线，加速器产生的高能X线，还有各种加速器所产生的电子束、质子、快中子、负介子以及其它重粒子等用来治疗癌瘤。 广义的放射治疗既包括放射治疗科的肿瘤放射治疗，也包括核医学科的内用同位素治疗（如131I治疗甲状腺癌和甲状腺功能亢进，32P治疗癌性胸水等）。狭义的放射治疗一般仅指前者，即人们一般所称的肿瘤放射治疗。,2、放射治疗的目的 对肿瘤最大的杀伤和对正常组织的最少并发症,3、放射治疗的种类 3.1 按放射源与病变的距离分： 远距离照射：外照射 治疗时放射源位于人体外一定距离，集中照射人体某一部位。其工具是深部X线机、60Co机、加速器（X线治疗、电子线治疗、质子、中子、重粒子治疗等）,外照射（美国瓦里安Clinac21EX直线加速器）,近距离照射：内照射 将放射源密封直接放入被治疗的组织内或放入人体的天然腔。内腔内、组织间插植、贴敷。,内照射（腔内后装放疗）,粒子源 国内仿制6711型,3.2 按治疗目的分： 根治性放疗： 以放疗为主要手段达到彻底杀灭肿瘤细胞，治愈肿瘤的目的。 姑息放疗： 以缓解症状、减轻痛苦、延缓肿瘤发展为目标的放疗。 综合治疗：,术前放疗 术后放疗 术中放疗,适用易于复发的病种： 头颈部中、晚期鳞癌、直肠、食道、宫体癌、 肺癌。 剂量：40-50Gy 放疗后至手术的时间：2-4周,术前放疗：,术后放疗：,适应症: 切除不彻底 切缘有癌细胞 淋巴结清扫不彻底,常用： 乳癌根治术后、肺癌、脑瘤、直肠癌 等术后。 放疗时间： 刀口愈合后即开始，最好不超过2-4周 剂量： 40-50Gy,重要脏器浸润或残留灶 适应症: 病变广泛不能切除 缩小肿瘤,缓解症状 保存脏器功能,对准病灶力争根治 优点: 暴露充分,准确性高 电子线照射,剂量分布均匀,保护正常组织,缩短时间。,术中放疗：,4、放射治疗设备,X射线治疗机,电子源、靶、真空盒、加速电场,钴-60治疗机,加速器治疗机产生的射线,医用加速器,工作原理：脉冲调制器从外部电源获得能量并转换为脉冲宽度为几微秒、电压几十千伏的脉冲，同时加到磁控制管（或速调管）和电子枪。电子枪中的电子经阳极和阴极间的脉冲负高压（45kV左右）的作用进入加速管。,典型的医用行波电子直线加速器,与此同时，磁控管或速调管经波导管将高功率的微波送入加速管，电子束被加速到所需要的能量后，经过偏转磁铁偏转，直接引出（电子束治疗）或打靶（X射线治疗）。,放射线对生物体的作用 1）放射线使生物体组织成分的分子激励或离子化；最终是化学键被切生成自由基，使机体被损害，这是放射线对生物直接作用的结果，这种方式是少量的。 2）生物体内含有大量水，放射线首先使水分解，产生反应性非常高的自由基如H和OH等，H和OH可产生多种效应如破坏机体各组织细胞等，这是放射线对生物间接作用的结果。,5、放疗中的一些基本概念,自由基是指分子、原子或基团中有未配对电子的一类物质,放射敏感性 组织对一定量射线的反应程度，称为放射敏感性，不同组织器官以及各种肿瘤组织在受到照射后出现变化的反应程度各不相同。,正常组织器官耐受量 能耐受而不致造成永久性不可逆损伤所需的最大剂量。 1）放射最敏感组织（照射1000-2000cGy)： 生殖腺、晶体、胎儿、生长中的骨、软骨等。 2）中等敏感组织（照射2000-4500cGy)： 肾、肺、心脏、甲状腺、垂体、淋巴结等。 3）放射不敏感组织（照射5000-7000cGy）,6、肿瘤放疗的发展 放射物理学方面： 放疗技术 现代放疗技术朝着“精确定位、精确设计、精确治疗”方向发展。,立体定向放射外科技术,X刀：X射线 刀：射线 荷电粒子束：质子刀、中子刀、负粒子束、氦粒子束等,立体定向适形放射治疗,适形放射治疗 调强放射治疗,立体定向放射外科技术 是对病灶处给予单次大剂量照射(可高达1030y)，使之产生放射性损伤的同时，周围正常组织因剂量递减而免受损伤，在病变边缘处形成一个锐利如刀的高剂量梯度(陡峭的)分布，达到类似外科手术的效果，故得名“刀”(刀和刀)，是现代神经外科学的重要分支，属微侵袭性治疗技术。,1）X刀 以CT或MRI影像技术为基础，采用三维立体在人体内定位，X射线能够准确的按照肿瘤的生长形状照射，对治疗靶区实施准确定位和聚焦照射，靶点高剂量照射同时，靶区周围且剂量很低。适用范围广，可以扩大照射到任何部位，包括体部,2）刀 201个60Co小源在一个半球形容器中，通过201个小孔将射线集中打在病灶上。适用于近中线的小于3cm病脑实体瘤，中枢神经良恶性肿瘤，癫痫，帕金森病等。,3）粒子刀 原理：粒子射线的能量比射线和X射线都高，当它达到一定深度后，释放的能量达到最高峰率，产生的Bragg峰，此时射线束能量比平稳期高2-3倍。之后，能量迅速衰减。,Bragg峰,重粒子束在组织中的线性能量传递（LET），并不是一进入组织就开始递减，而是沿着其径迹方向经历一个坪区，在其射程末端形成一个局部高的剂量区，即Bragg峰。对入射能量确定的重粒子其射程是确定的。,粒子刀治疗是利用上述原理，通过调节特制的准直器和粒子能量准确建立Bragg峰深度，并增加射线束在病灶内的宽度，以便使重粒子束衰减点恰好在靶区以外，剂量下降非常锐利，周围组织受量很少，再经过组织等量补偿器的微量调节，使组织内的射线均量分布，达到治疗目的。,立体定向适形放射治疗 立体定向适形放射治疗是一种精确的放射治疗技术，在肿瘤靶体积受到高剂量照射的同时，其肿瘤靶体积以外的正常组织则受到较低剂量的照射。,CT扫描机激光定位系统,适形治疗(Conformal Therapy)是一种提高治疗增益的较为有效的物理措施。适形放射治疗为一种治疗技术，使得：高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的形状一致。从这个意义上讲，学术界将它称为三维适形放射治疗(3DCRT),为达到剂量分布的三维适形,必须满足下述必要条件：,在照射方向上，照射野的形状必须与病变（靶区）的投影形状一致。 2. 射野内诸点的输出剂量率必须按要求的方式进行调整，使得靶区病变内及表面的剂量处处相等：,A 射野形状适形 B射野内强度调节,适形放疗中，靶区内及靶区表面各点的剂量应相等，即各野到达某点的剂量率和照射时间的乘积之和应为常数。,适形放射治疗的分类 经典适形放射治疗 （Classical Conformal Radiation Therapy） 只满足第一个必要条件 调强适形放射治疗 （Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT） 同时满足两个必要条件,调强放射治疗 将加速器、钴-60机均匀输出剂量率的射野按预定的靶区剂量分布的要求变成不均匀的输出的射野的过程，实现这个过程的装置成为调强器或调强方式。,临床剂量学原则: 1.被照射的靶区剂量要准确 2.治疗肿瘤区域内剂量分布要均匀 3.尽量提高肿瘤区域剂量,减少正常组织 照射量 4.保护肿瘤周围重要器官,不能使照射剂 量超出其耐受的范围,7、肿瘤的放射治疗剂量,放疗精确的原则: 1.精确定位 2.精确计划设计 3.精确摆位 4.精确照射治疗,左图：放疗设备的适时KV锥束摄像，用来校正摆位时的误差； 右图：锥形CT（CBCT）的实现，用来校正摆位的误差。,晚期癌症病人有明显的恶病质，如消瘦、脱水、营养状况极差，无法进行放疗者可作为绝对禁忌证。 食管癌已穿孔，腔内合并大量积液，肺癌合并大量癌性胸水，肝癌合并大量腹水等均应作为禁忌证。 对放射线不敏感的肿瘤，如软组织肉瘤：纤维肉瘤、平滑肌肉瘤、横纹肌肉瘤、脂肪肉瘤、滑膜肉瘤、成骨肉瘤、神经纤维肉瘤及黑色素瘤等应视为相对的禁忌证。一般不做放疗。,8、放射治疗禁忌症,放疗中度敏感的肿瘤在经过足量放疗后局部又复发时，因正常组织不能再耐受第二次重复照射，应作为禁忌证。 放疗中度敏感的肿瘤已有远处多处转移时也不适宜作放疗。 另外，除肿瘤因素，还有其它严重疾病，如急性感染、心力衰竭等应在控制病症后再做放疗；有心脏病而肿瘤又位于心脏附近（例如肺癌）；有肺功能严重代偿不全的肺癌病人；有明显肝功能障碍的肝癌病均不宜进行放疗；末梢血中白细胞低于4106/升或血小板低于80106/升时，均不宜进行放疗，待血象恢复正常后可再考虑放疗。,医学物理工作者可能从事的工作性质 医学物理人才需求走向 1）医疗机构内的医学物理师； 2）医学物理学科内的教学和科研人员； 3）以医学影像和放疗设备为代表的高精密医疗设备和仪器的研发人员； 4）政府主管部门、学科管理、物理师管理、医疗设备和医学软件的市场准入审查、以及为这些产品进行验收和测试等部门的科学管理或者中介机构的科技人员等。,放射治疗过程的一般模式： 放射肿瘤学医师根据患者的病情决定是否做CT检查或MRI检查，或两者都做，并确定CT模拟的定位方式和定位点； 物理师将CT图象数据及MRI图象数据输入治疗计划系统； 如果有MRI图象数据，物理师先进行CT图象和MRI图象的融合，然后在CT图象上进行外轮廓、重要器官的轮廓勾画；, 放射肿瘤学医师勾画靶区，与物理师讨论如何设置射野，在DRR（数字重建的射线影像）图象上勾画射野中的挡块形状，此时物理师在领会医生的治疗方案后，考虑实际的物理条件和设备条件，提出自己的建议； 物理师进行参数设定和剂量计算，不断对计划进行改进和优化，以尽量实现医生的治疗方案； 最后由医生决定治疗计划是否可接受，并在病历上签字认可。在整个过程中，放射肿瘤学医师和物理师都应该是密切配合的。,1.明确诊断，了解病情，初步确定放疗方针 医生 2.选择体位固定措施 医生、物理师、技术员 3.获取影像学资料（CT、MRI、PET等） 影像科或放疗科 4.影象学资料的处理（传输、融合等） 医生、物理师 5.各种轮廓的确定（CTV、OAR等） 医生、物理师 6.计划设计 物理师 7.计划评估 医生、物理师 8.计划验证（射野、等中心、剂量验证） 物理师 9.计划执行 技术员 10.全过程的QA与QC 医生、物理师、技术员、工程师,医学物理师在肿瘤放射治疗中的角色和职责,物理师这个职业的具体任务大致包括以下几个方面： 1、针对放射治疗设备方面的工作 1) 对本单位需要购买的放射治疗设备进行性能价格比方面的选择，就如何开展该治疗项目提出自己的建议，并提出厂家的设备需要满足的指标和条件。 这不仅要求物理 师不断了解最新的放射治疗技术，同时也要清楚各种技术和手段的适用范围和局限性，并对这些技术实施过程的复杂程度有所了解。 2) 放射治疗设备的安装一般都是由厂家完成的，但随后该设备的验收检测和机器数据测量都是医学物理师的工作。 3) 放疗设备的质量保证（QA）,2、辐射治疗计划方面的工作 辐射治疗计划系统硬件和软件的验收检验、数据测量、日常的系统和数据维护； 辐射治疗计划过程一定需要物理师的参与； 对治疗计划的质量保证。,3、培训和研究方面的工作 新进物理师工作人员的熟悉培训过程； 新治疗手段的引入，包括技术掌握、操作规程制定及质保计划等。 负有培训本单位的剂量师和治疗师在物理方面的知识的责任。,医学物理师需要的知识背景和技能 医学物理师是复合型人才，它应该是具有深厚的物理学基础并具有广泛的医学知识，能熟悉影像工程技术、计算机技术等。,课程内容： 该课程主要涉及到原子核的性质