放射治疗过程.ppt

精准放射治疗技术 基本目标努力提高治疗增益比 即 最大限度的将放射线的剂量集中到病变区域 靶区 内 尽可能的杀灭肿瘤细胞 而使周围正常组织和器官免受或少受不必要的照射剂量 因为常规放射治疗不能很好的达到这个目标 所以为了能够更好的达到这个目标 精确放射治疗技术就应运而生了 精确放射治疗主要包括 适形放射治疗立体定向放射治疗三维调强放射治疗图像引导放射治疗 第一节三维适形放射治疗 适形放射治疗是一种提高治疗增益比的较为有效的物理措施 它作为一种治疗技术 使得高剂量区分布的形状在三维方向上与病变区域 靶区 的形状一致 学术界称为三维适形放射治疗 适形放射治疗是如何实现适形的呢 它是随着当前计算机的高速发展而发展起来的 是放疗技术实现放疗四原则的突破 利用计算机根据CT扫描获得的病人解剖数据 进行病人的三维重建 获得病人病变的三维体积信息 然后根据病变的形状设置三维非共面射野 保证每一个射野的形状与该方向上病变投影的二维形状一致 图9 1 图9 1射野形状与病变一致 图9 2适形放射治疗剂量分布 一 适形放射治疗的过程 病变 靶区 和重要器官及组织的 空间定位治疗计划设计治疗方案模拟与验证治疗方案实施 空间定位 通过一些检查获得以患者身体为基础模拟的三维坐标系信息 病人的所有解剖结构就在治疗系统中具有了确定的位置坐标和确定的大小 将数据需要传输到治疗计划中 医师勾画出病人的各部分器官组织 特别是治疗靶区和邻近靶区的需要保护的危及器官 必须精确的勾画出来 勾画完各部分器官 就可以重建出病人的三维组织结构 治疗计划设计 计算机根据收集数据以及病人的定位数据可以模拟实际治疗情况 物理师首先利用计算机根据病人病变位置的情况 设计病人需要的最佳治疗参数 包括射野数目 每个射野的机架角等等参数 然后计算出射线在病人体内的剂量分布 再与医师一起评价病人体内剂量分布的优劣 如果不符合临床要求 则重新修改射野治疗参数 计算剂量分布 进行评价 如此反复 直到病人体内得到最满意的剂量分布结果 治疗方案模拟与验证 制定好治疗计划之后 打印治疗计划 同时把治疗计划输出到治疗机 验证计划包括等中心验证 射野形状验证 绝对剂量验证和相对剂量验证 具体操作时把病人的治疗计划移植到模体上 计算出剂量分布 然后在模体上执行治疗计划 测量模体中的剂量分布 两个剂量分布进行比较 就可得出计划的精确性 治疗方案实施 结果 高剂量分布区与靶区在三维形状上的适合度比常规治疗有了很大的提高 进一步减少了周围正常组织和器官受照射的范围 适形放疗与常规治疗的治疗结果已在鼻咽癌 前列腺癌 非小细胞癌 颅内肿瘤等病变的研究比较中得到证实 二 靶区定位 主要目的是为了给病人建立一个空间参考坐标系 获取病人的解剖结构信息以及靶区和邻近重要器官的准确位置和范围 确定放射治疗的位置和区域 定位主要通过CT MRI和X射线数字减影等先进影像设备 获得影像数据之后由计算机系统进行三维重建 定位过程 先对病人进行体位固定制作热塑膜在体模上做参考标记摆位和计算机制定治疗计划 建立一个共同的参考系统 调强适形放射治疗 在达到适形放射治疗的同时 如果每一个射野内各个点的输出剂量率能按要求的方式进行调整 使靶区内及靶区表面的剂量处处相等 调强放疗将是未来放射治疗技术的主流 三 适形放射治疗计划的设计 CT定位数据传输轮廓勾画计划设计计划评估和确认 一 CT定位数据传输 进行适形放射治疗时的CT定位 数据量很大 每个病人需要扫描CT图像幅数很多 于是只能通过网络传输或者光盘传输 现在大多数医疗机构都有自己的内部网络 都可以使用网络进行传输 网络传输数据速度快 不易出错 二 轮廓勾画 通过CT定位传输到治疗计划中的CT数据是一系列CT图像的集合 计算机还不能自动识别人体的各部分器官组织 更不能自动识别放疗靶区 为了让计算机能够知道人体的解剖结构和照射靶区等器官组织 我们必须分别定义和勾画出各部分器官组织的轮廓 靶区和器官需要临床医师勾画 三 计划设计 基本步骤是 第一步 设计靶区等中心第二步 添加照射野第三步 设置照射野参数第四步 射野适形形状设计第五步 进行剂量计算 第六步 评估计划和修改计划 四 计划评估和确认 等剂量线评价DVH评价 第二节立体定向放射治疗 一 X射线立体定向放射治疗二 射线立体定向放射治疗 一 X射线立体定向放射治疗 一 发展过程上个世纪80年代是立体定向放射外科发展和广泛应用的年代 1980年 Fabrikant首次应用氦离子治疗脑血管畸形 二 基本原理 X射线立体定向放射治疗的基本原理是应用多个非共面旋转弧围绕1个或多个颅内靶点 照射弧的大小由机架旋转所决定 弧面的位置与治疗床旋转所规定的病人的位置有关 所有各个照射弧的剂量全部聚焦在靶点上 由于聚焦的作用在靶点上形成很高的剂量分布 而在靶区边缘剂量迅速下降 靶区周围的正常组织受到很低的照射剂量 这种照射技术达到的效果类似于使用手术刀在靶区周围切割了一周 因此俗称 X刀 三 治疗过程 治疗前的准备校准和测试激光束的精度治疗计划的确认病人的摆位和固定定位病人的治疗 二 射线立体定向放射治疗 通过电离辐射的聚焦 立体定向放射外科可在密闭的颅脑内制作一精确的颅内靶点毁坏灶 1951年Leksell首次提出该技术 此后在射线源 聚焦 定位技术等方面均取得巨大进展 采用Co60放射源的就称为 射线立体定向放射治疗 又称为伽玛刀治疗系统 一 刀的构成 有两种类型的伽玛刀 Leksell U型B型 最新型 在欧洲 亚洲安装使用 二 靶区的立体定位 CT MRI扫描或血管造影用于辨别靶病灶 MRI较CT具有更多优点 MRI的解析度更高 定位更准确 肿瘤边界显影更好等 CT仅用于不能行MRI检查的病人 三 计算机辅助剂量计划系统 刀放射外科的计算机系统包括 计算机工作站监视器打印机 四 治疗的精确度 经过几十年的实践 建立了放射精确度方面的一系列评价方法 Pittsburg大学的Wu等人报道了 刀机械精确度测量的结果 刀系统的总体误差系经三个平面上的偏差的平方和再开平方根计算所得 大约为0 25mm 其机械偏差由生产工艺所决定 应小于0 3mm 对于桥小脑角部位听神经瘤 脑干肿瘤和视交叉周围的病灶 制定治疗计划时所考虑的精确度以零点几毫米来计算 五 临床适应征 刀放射外科已有30年的发展历史 其应用面越来越宽 最初的 刀仅用于功能神经外科制作颅内毁损灶 现在临床应用扩展到部分良性肿瘤和较小的恶性肿瘤 刀技术所治疗的病灶大小通常为平均直径35mm 有时亦可用 刀治疗较大范围的病灶 但是需减少边缘剂量以保证安全性 直径35mm以上的病灶要选用较低的边缘剂量 以降低并发症的发生率 第三节三维调强放射治疗 适形放疗因只要求BEV方向上不规则照射野与病变靶区投影形状一致 虽然多野组合照射使它的靶区剂量分布适形度明显优于常规照射 但仍然无法保护嵌入肿瘤或被肿瘤包绕的重要组织和器官 而且剂量分布的均匀性仍不理想 如果想在适形放疗的基础上使靶区内及表面的剂量处处相等 就必须要求每一个射野内诸点的输出剂量率能按要求的方式进行调整 这就形成了三维调强放射治疗 IMRT 一 调强放射治疗的物理原理 一 调强放射治疗的发展和临床意义调强放射治疗 IMRT 最初于20世纪70年代提出 由于当时的计算机技术和剂量计算模型条件的限制 IMRT还不能在临床上实现 随着多叶准直器技术和计算机控制技术的发展 调强放射治疗得到了迅速发展 多叶准直器动态调强照射中 利用每一对叶片的相对运动 可得到两维强度不均匀分布的照射野 具有一定特征的肿瘤患者 通过调强适形放射治疗 可望提高肿瘤的局部控制率进而提高生存率 除此之外 采用调强适形放射治疗技术 正常组织和器官可以得到保护 特别适用于位于复杂解剖结构中 形状比较复杂 多靶点的肿瘤的治疗 可减少放射并发症和改进患者放疗后的生存质量 二 调强放射治疗的逆向计划设计过程 调强的概念启发于X射线横向断层CT成像原理的逆过程 当CTX射线球管发出强度均匀的X射线束穿过人体后 其强度分布反比于组织厚度与组织密度的乘积 反向投影形成组织的影像 如果使用类似于CTX射线穿过人体后的强度分布的高能X 射线 电子束或质子束等 绕人体旋转 连续旋转或固定野集束 照射 在照射部位会得到类似CT断层影像的适形剂量分布 逆向计划设计是根据肿瘤靶区及周围重要器官和正常组织的解剖特点 预定靶区的剂量分布以及危及器官 OAR 的限量 利用优化设计算法 借助治疗计划计算出每个射野方向上需要的强度分布 然后按照设计好的强度分布在治疗机上采用某种调强方式实施调强治疗 二 调强放射治疗的分类 一 二维物理补偿器调强 二 MLC静态调强 三 MLC动态调强 四 旋转调强 五 断层治疗 六 NOMOS2D调强准直器 三 调强治疗体位的精确固定 1 采取类似瑞典Elekta立体定位框架 体位由真空成型袋固定 借助治疗部位上预置的体表多点标记进行体位校核 2 为减少甚至消除体表皮肤弹性对体表标记点与肿瘤相对位置的影响 将体表标记移至肿瘤内或肿瘤周围 这称为内置标记点技术 3 尽管金点技术能够较好保证金点和肿瘤的相对位置不变 4 与照射同步的方法 5 采用呼吸门控技术 四 调强放射治疗计划的设计过程 选择靶区中心点设计调强照射野数目和照射方向设计射野适形范围设计目标函数计算机开始进行优化计算 五 调强放射治疗的验证 由于调强放射治疗采用了逆向计划设计方法 设计产生了大量的子野进行照射 使治疗过程变的更加复杂 整个治疗过程中的剂量不确定性也更加复杂 必须在调强放射治疗实施之前进行剂量验证 验证目的 一 使用简单的情况容易评估 确定射野参数是不是精确 二 确定临床情况下剂量精确度达到的水平 三 进行单个病人治疗计划的剂量验证 第四节图像引导放射治疗 定义 一种四维的放射治疗技术 可以保证对肿瘤进行精确的治疗 它在三维放疗技术的基础上加入了时间因数的概念 充分考虑解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差 如呼吸和蠕动运动 日常摆位误差 靶区收缩等 在患者进行治疗前