立体放射治疗技术进展.ppt

立体放射治疗技术进展金明根上饶市肿瘤医院放化疗三科 放射治疗目标 北美最大的肿瘤放疗中心 加拿大BC省B C CancerAgency共管理着38台加速器 其中绝大部分是双光子带电子线的机型 美国最大的放疗中心之一 M D AndersonCancerCenter在休斯顿拥有20台加速器和一个质子放疗中心 其中绝大部分是双光子带电子线的机型 50套放疗计划系统 中国医科院肿瘤医院有8台加速器 其中4台单光子机型 4台为双光子带电子线机型 复旦大学上海肿瘤医院有6台加速器 全部为双光子带电子线机型 中国每年有190 200万个放疗适诊病人 但由于设备等医疗资源的缺乏 以及病人的经济状况等因素 只能为其中的40万病人进行放射治疗 相关数据 治疗比 ICRUReport62 靶体积和限制器官体积的定义 体外射束立体放射治疗分类 CT MRI PET Reference simulation image Simulator Treatmentplanning Comparison Clinicaloutcome DRR Planex ray DRPR Virtualsimulation DedicatedCT Verification portal image 完整的放疗流程 特点 1计划在虚拟假体上完成2正向设计 可逆向优化 3剂量分布通常优于普通放疗4在某些状况下仍达不到临床需要A剂量分布不够均匀B周围正常组织剂量不能被接受 三维适形放射治疗3 DimensionalConformalRadiatherapy 3DCRT 舌癌各体积定义 Standard 乳腺照射 剂量不均匀 怎么办 答案 正向设计的简单IMRT Standard SimplifiedIMRT 乳腺照射 IMRT较好的弥补了3D CRT的不足优点 1剂量分布更均匀 适形度指数更高2周围危及器官剂量更低 在保证正常组织并发症概率能耐受的情况下 可以处方更高的靶体积剂量 缺点 技术要求高 剂量位置的不确定性更大 需要时间和设备进行独立验证 强度调制放射治疗Intensity modulatedradiotherapyIMRT 1MLC方式 最通用的方式 1 stopandshoot 静态MLC调强 2 slidewindow 滑行窗方式 动态MLC调强 仅VARIAN支持 3 动态弧形旋转方式 动态MLC调强 IMAT 2补偿器方式需要3D自动切割机 3独立准直器方式费时 现使用很少 4断层治疗方式 IMAT 1 NOMOS公司孔雀系统 MIMiC多叶调强补偿器 2 断层治疗机 Tomotherapy 5调能方式回旋加速器MM506重粒子调强利用重粒子的Bragg峰 当前国际上常见的IMRT方式 静态MLC调强 slidewindow滑行窗方式 动态MLC调强 仅VARIAN支持 补偿器方式 电子回旋加速器MM50 MM50光子束能量范围为10 50MV逐级可调 每步调整5MVMM50电子束能量范围为7 5 50MeV逐级可调 每步调整2 5MeV采用可变能量电子束扫描笔形束模型IMRT 图像介导放射治疗Image GuidedRadiationTherapyIGRT Toimprovetheprecisionandaccuracyofradiationtherapy especiallyIMRTusingimagingtechniquesineachstepoftreatmentprocesses whichissocalledImage GuidedRadiationTherapy IGRT 图像介导放射治疗 关键点 1获取3D或4D图像 为治疗计划提供真实的假体 2获取2D或3D图像 为实施治疗提供准确的位置信息 4D CT 0 01 00 0cm 4DImageAcquisitioninCineMode 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time CourtesyofKenFoster 0 02 00 0cm 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 03 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 04 00 0cm 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 05 00 0cm 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 06 01 0cm 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 07 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 08 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 09 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 10 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 11 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 12 02 0cm 4x2 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5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 0 29 4x2 5mmMultiSlice 10mmtotalcoverage X rayTube Tablelocation Acq Time 4DImageAcquisitioninCineMode CourtesyofKenFoster 通常的放射方法 RespiratorygatedTreatment 肿瘤移动时的治疗技术 肿瘤移动时的治疗技术 图像融合技术ImageFusion BetterdefinitionofGTVwithMRI CT MRIFusion stgIIIBNSCLC CT PETfusion StereotacticRadiosurgery Aprecisiontechniqueforfocusingsmallradiationbeamsondiscreteintra cranialtargets forasinglesessiontreatment 极高的三维成像准确度可靠的参考系统单次剂量刚性固定 专用摆位装置靶体积小 4cm直径总剂量14 25Gy首先考虑靶的适形度放射生物学 基于脉管和抗增殖效应 精度高于标准放疗 一般低于放射外科多分次剂量要求重复摆位大体积 靶总剂量50 80Gy靶的适形度和均匀性很重要放射生物学 基于4R理论 Radiosurgery Radiotherapy Gamma刀 LEKSELLGammaknife 神经外科医生Leksell X刀系统 固定装置 限光筒 X刀计划系统 可利用直线加速器行X刀治疗 1994 firstpatienttreatmentatStanford 1988 Adler proposedimage guidedradiosurgery DevelopmentoftheCyberKnifeRadiosurgery SystemComponents CompactX BandLinearAccelerator RoboticDeliveryPlatform X RayImageGuidance TreatmentPlanningSystem TreatmentCouch LinearAccelerator 6MVpower 400 rads minoutput X Bandtechnology 120Kgweight 5 60mmcollimators VariableSAD 强度调制弧形治疗IntensityMudulatedArcTheapyIMAT 将固定角度的IMRT用弧度放疗代替 从IMRT的空间调强 发展为空间和时间两度调强 IMAT具有两个最大的特点 大幅度缩短了治疗时间 从医科达和瓦里安等有关资料显示 使用IMAT技术一般只需1 3分钟即可完成一次治疗 与之对比的是 采用一般的IMRT技术治疗 根据所采用设备和技术的不同 进行一次治疗需时5 45分钟 3 9个固定角度的调强野 SlidingWindow或Step Shoot IMAT的剂量分布比IMRT更优化 OAR的剂量分布减低幅度明显 Elekta商品名为VMAT特点 升级包 包含 1 升级到最新版V7的DesktopPRO控制软件 改进MLC驱动系统 机架旋转速度和剂量率的控制 2 Ergo TPS 估计在CMSTPS上很快可以添加VMAT模块 3 升级或安装MOSAIQ网络系统 另外也可选择全新的Infinity平台 包含了IGRT VMAT的完整系统 升级费用较高 Nomos商品名为nomosSTAT SerialTomotherapy 特点 实际上分为两种产品类型 nomosSTAT系统 一种基于常规加速器的 步进式TomotherapyIMAT系统 包含CorvusTPS nomosSTATMLC 两进制MLC AutoCrane 步进治疗床 其他附件纯CorvusTPS系统 最早实现IMAT计算的TPS 可与现有系统配套 elektaMLC需进行软件升级 Varian系统则全兼容 Tomotherapy商品名Tomotherapy特点 完整系统 费用高昂 Tomotherapy完全可称得上是一个里程碑意义的产品 它的推出开创了三个重要的放疗时代 IGRT ART AdaptiveRT IMAT 加速器小型化 Varian商品名为RapidArc特点 实为EclipseTPS的一个功能模块而已 1 需要有DMLC系统 一般安装有IMRT的都已具有 2 需要有EclipseTPS 没有 就再买个新的吧 3 需要配置最新版的VARiS网络系统 Tomotherapy 北京301医院验收Tomotherapy时进行的一个体模胶片投照的测试 Tomotherapy 重离子束的物理学优越性 几种粒子束的比较 日本质子重粒子系统发展计划 日本兵库质子和碳离子治疗系统 海德堡重离子治癌装置旋转治疗机架 兰州重离子加速器装置 束流配送系统 优点 高LET射线 相对生物效应 RBE 高靶体积前后正常组织剂量小射程可在线监测 产生正电子 可行体外探测 氧增强比 OER 低 是乏氧细胞的克星对不同时相细胞的辐射敏感性差别不大 G1 S G2 M Bragg峰区细胞的辐射损伤修复很小缺点 体积庞大 造价很高 维护难目前只能采用固定野照射治疗费用高 随着放疗技术的发展 越来越精细的放疗技术相继问世 肿瘤放疗的效果也越来越好 但还是存在一些当前难以解决的课题 1放疗中靶区的定义 局部复发仍是治疗失败的主要因素定义的靶体积 真实的需要照射的体积剂量误差也是导致肿瘤复发的因素之一处方靶体积的剂量 真实的实施在患者相应区域的剂量对体部肿瘤 器官运动使得靶体积变大 在没有先进的IGRT设备的条件下 如何定义运动中的肿瘤计划中的照射部位 真实的需要照射的部位 注 关于体部Gamma刀 放疗相关设备 1直线加速器及附件 加速器 目前能满足临床全不需要的为双光子带多电子束直线加速器或回旋加速器 配备80叶MLC 可选EPID 电子射野影响装置 呼吸同步化装置 如需行三维适形常规放疗或调强放疗 需要治疗工作站 TreatmentWorkstation 才能连接治疗计划系统 2治疗计划系统 为支持逆向治疗计划算法的三维治疗计划系统 符合DICOM3及DICOMRT协议规范 有虚拟模拟功能 支持立体定位框架 能精确重建虚拟病人的三维图像 算法要精确 具有多种剂量显示和计算评估功能 能重建DRR 数字重建摄影 并输出 能支持加速器MLC参数及虚拟楔形板数据等 这些都是三维适形放疗对计划系统的基本要求 3模拟机及用于模拟的CT MR等 模拟机要求能完全模拟加速器治疗状况 CT要求用平板床 激光定位系统 如GAMMAX CT的运动精度及图像的失真精度和CT值要求进行质量控制 QA QC 4Shaper数字化仪 Shape为射野形状 经数字化以后转变为MLC形状 免去做挡铅的麻烦 且能提高精度 5剂量监测系统 放疗相关设备 5剂量监测系统 医用加速器必须配备的设备系统 剂量仪 Thermo公司的NEFarmer剂量仪 PTW公司的UNIDOSuniversaldosemeter剂量仪等 0 6cc指形电离室 如Farmer2571 标准30cm 水箱 0 125cc指形电离室 选配的有 三维水箱 胶片剂量系统 或电离室矩阵剂量系统 仿真膜体 慢感光胶片 胶片剂量分析软件 高分辨率扫描仪 平行板电离室 其他规格的指形电离室 6体位固定装置 各种固定架 热塑面膜 体模等7头刀系统 立体定向装置 立体定向计划系统 立体定向位置验证系统 暗盒 胶片 且有计划系统支持 8其他 如洗片机等 放疗相关设备 直线加速器及附件 Varian2300C D TreatmentWorkStation 附件 包括楔形版 挡铅托架 电子限光筒等 附加 循环水冷系统 直线加速器比较1 三大生产厂家 Varian C系列加速器为代表 Siemens PRIMUS为代表 Elekta SL系列加速器为代表 2 市场占有情况 VARIAN占有率最高 其次Siemens 再Elekta 国产加速器目前占有也不错 3 销售情况 VARIAN主营加速器 60年代开始 包括工业用加速器 公司直接销售 但较贵 西门子公司医疗领域相关产品都有 国内有不少代理商 医科达公司与西门子相似 但国内市场占有较少 4 技术支持与维护 VARIAN公认较好的维护体系 反应快 医院停机时间短 能减少医院损失 西门子及医科达次之 5 加速器情况 VARIAN与西门子加速器为駐波加速管加速器 体积小 技术含量高 占用空间少 医科达加速器为行波加速器 有相关缺点 各厂加速器性能的主要区别在于机头的设计 反应在准直器系统的设计上 1 VARIAN为三级准直器系统 MLC 多叶准直器 独立于治疗准直器 因多叶准直器易出故障 MLC故障可继续使用加速器治疗病人 缺点是机头大 治疗距离短 VARIANMLC可实现动态MLC调强 有增强动态楔形板技术 减少治疗病人时间 增加每日治疗病人数 可选的MLC有80叶和120叶 120叶MLC更适合做调强 2 西门子PRIMUS加速器为二级准直器系统 MLC取代治疗准直器的X方向治疗准直器 优点是机头小 轻 治疗距离大 缺点是X方向漏射线加大 因替代治疗准直器 不规则野的准确剂量计算困难 MLC故障机器无法使用 静态调强时MLC运动慢 病人治疗时间长 且远期MLC走位准确性差 不能行动态MLC调强 有虚拟楔形板技术 代替物理楔形板 减少工作量 增加治疗病人数 有58叶MLC和80叶MLC 另西门子加速器楔形野射线利用率低 加大病人治疗时间 3 医科达加速器也为二级准直器系统 MLC取代治疗准直器的上级准直器 维护困难 且对MLC精度要求高 小的MLC误差可导致治疗病人大的误差 有虚拟楔形板技术 4 长期等中心精度各厂家加速器相当 且都为全数字化加速器 都符合医用加速器规范 有相关安全联锁 符合DICOM规范 能与符合DICOM规范的治疗计划系统联网 多叶准直器 MLC 分内置和外置 常规MLC和微型MLC VARIAN内置常规MLC有80叶和120叶两种适形放疗和调强放疗 IMRT 时使用 方便增加效率 IMRT必需 电子射野影像装置 EPID EPID 位置验证可行加速器QA验证 呼吸同步化装置 Gating Gating 胸部治疗时减少呼吸运动带来的误差 治疗计划系统 TPS TPS 为支持逆向治疗计划算法的三维治疗计划系统 符合DICOM3及DICOMRT协议规范 有虚拟模拟功能 支持立体定位框架 能精确重建虚拟病人的三维图像 算法要精确 具有多种剂量显示和计算评估功能 能重建DRR 数字重建摄影 并输出 能支持加速器MLC参数及虚拟楔形板数据等 这些都是三维适形放疗对计划系统的基本要求 模拟机及CT模拟机 模拟机要求能完全模拟加速器治疗状况 CT要求用平板床 激光定位系统 如GAMMAX CT的运动精度及图像的失真精度和CT值要求进行质量控制 QA QC Shaper数字化仪 Shaper为射野形状 经数字化以后转变为MLC形状 免去做挡铅的麻烦 且能提高精度 剂量监测系统 1绝对剂量监测2相对剂量监测 绝对剂量监测 电离室 标准水箱 静电计 绝对点剂量监测系统包括 水箱 或固体水 电离室 静电计 气温气压计 放疗单位必不可少 机器校准 点剂量测定 湿度气温气压计 相对剂量监测 方式多 可选用 2D水箱 3D水箱 VIDAR16扫描仪 Profiler 照片 仿真体模 加速器QA及治疗计划验证 胶片剂量分析软件 RIT113等等 体位固定装置 头颈肩架及膜 体架 乳腺托架 头架 头架及膜 头刀刚性固定装置 患者体