放射性粒子植入的规范化治疗

放射性粒子植入规范化治疗,放射肿瘤学简介,放射治疗是治疗肿瘤三大手段之一70%肿瘤病人需作放射治疗肿瘤治愈率 45%，外科治愈22% 放射治疗治愈18%，化疗治愈5%,放射性治疗是恶性肿瘤的主要手段, 60%-70%的患者在治疗过程中需要用放射治疗 40%的肿瘤放疗可以根治,恶性肿瘤的综合治疗, 早期 局部进展期，可手术切除，放疗作为辅助治疗 局部进展期，不可手术切除，放疗作为主要治疗手段，化疗及手术为辅助治疗 复发/转移，放化疗为主要治疗手段,放疗的作用, 首次确诊恶性肿瘤，65%72%为局部进展期，放疗目的是根治肿瘤 放疗的“根治剂量”可能受肿瘤周围正常组织的限制，无法达到真正根治肿瘤细胞的剂量不清楚癌细胞致死剂量究竞是多少 “根治剂量”治疗的患者，30% 50%可能未控或复发，治疗失败,放射肿瘤学,放射物理 放射生物 临床肿瘤,照射方式, 体外照射 直线加速器、钴60、X线机 近距离治疗 后装治疗机 血管内照射 粒子植入内照射,放疗基本原则, 靶区GTV、CTV、PTV,3D-CRT,IMRT,IGRT 目的 根治、姑息、急症 保护相邻正常组织 保护全身状态,ICRU 62 定义,肿瘤区(GTV),内靶区(ITV),计划靶区 (PTV),治疗区,照射区,临床靶区(CTV),放射性粒子植入近距离治疗Radiative seeds interstitial Brachytherapy,放射性粒子植入,利用具有放射活性的粒子,永久性植入到肿瘤组织中,借放射性粒子释放的放射线,对肿瘤进行治疗放射性粒子植入是近距离治疗的内容之一,粒子植入的历史,1909年和Degrais 用导管将带外壳的镭置入前列腺尿道，完成第一例近距离治疗前列腺癌 ；1915年，Barringer在纽约纪念医院，用4-6英寸长镭针，行会阴插植治疗前列腺癌。因为直肠损伤较大，未能广泛推广 1931年，Forssell提出“近距离治疗”的术语；Quimby提出剂量表格计算方法，并由曼彻斯特Paterson和Parker医生进一步完善 1952年，Flocks首创术中组织间注射胶体金粒子治疗前列腺癌,，PasTeau 1901年 ，Pierre Curie 发明带包壳同位素，能埋入组织,20世纪70年代，纽约纪念医院whitmore 首先用I-125粒子行耻骨后前列腺组织间植入，治疗B、C期患者20世纪80年代后期，粒子插植适应症扩大；图像分析技术新放射性核素及模板指导系统、治疗计划系统相继用于粒子植入；并发展外照射与粒子植入联合治疗，使粒子治疗技术进一步发展与完善 ；,放射性粒子植入的优点,局部适形放疗,使肿瘤得到高剂量,而周围正常组织受量很少,增加肿瘤与正常组织剂量分配的差植,减少并发症,增加疗效永久性植入的粒子,长期释放射线,使肿瘤细胞增殖减少,局部控制率提高剂量率较低,对氧的依赖性小,降低氧增比,射线作用增强,部分克服了氧细胞的放射抗拒性易于防护,半衰期较短,粒子植入的适应证,前列腺癌肺癌及胸腔肿瘤肝癌胰腺癌骨和软组织肿瘤眶内肿瘤头颈部肿瘤脑肿瘤盆腔复发肿瘤椎旁及椎体肿瘤肾及肾上腺肿瘤,粒子植入的适应证要求,局部进展期，无运处转移直径7cmKPS 60 以上生长缓慢，分化好的肿瘤,单用粒子植入适应证,病理证实直经7cm以下实体病灶局部进展期肿瘤植入需结合外照射等综合治疗措施局部进展期可用粒子植入达到姑息治疗目的,粒子植入的禁忌证,生存期不超过3个月者恶液质，一般情况差，不能耐受粒子植入治疗空腔脏器慎用淋巴引流区不用于预防性植入严重糖尿病估计重要器官可能受到超过耐受剂量的照射,术中粒子植入治疗病例选择标准,Kps80，估计生存期6个月病灶限局经皮穿刺达不到病灶部位肿瘤体积最大径10Cm没有广泛坏死和瘘,术中粒子植入禁忌证,全身播散有dm病例应全身化疗,术中粒子植入手术要求,开腹探查，评估病灶范围手术暴露病灶范围冰冻切片，证实病理诊断最大程度保护器官，尽可能行减量切除残余病灶进行粒子植入,术中粒子植入的优点,直视下术中植入准确性优于经皮穿刺明确原发/复发病灶范围得到准确的病理诊断肿瘤减量手术可以改进放射疗效粒子植入位置符合剂量学要求腹腔网膜提供吸收表面，并改善正常组织循环，氧含量增加。用网膜填充在粒子周围，保护正常组织。,术中粒子植入方式,直接注入肿瘤或残余肿瘤部位（Mick施源器），或植入手术切缘平面植入到手术范围，用可吸收纱布贴敷到创面，粒子缝在纱布上，每个粒子应间隔相等（一般间距 1 cm）胸腔镜或其它内窥镜下植入机器人系统植入,术中粒子植入的剂量学要求,125I粒子源，80%的剂量在1Cm之内吸收125I半衰期60.2天，如果配合EBRT，应在第一个半衰期内给予生物学相关剂量125I的总活性应在毫居级，用Andersons nomogram公式计算，每个粒子活度应为0.30.5mCiCevcs公式计算总粒子数=（长+宽+厚）/35每个粒子活度125I植入的总剂量，按1年衰变值计算。范围是12000-16000cGy；第一个半衰期最小表面剂量是6000cGy-8000cGy,放射性粒子植入的特点,影像指导下的放疗（IGRT）单次立体定向放疗（SRS）高剂量 肿瘤局部高剂量 周围正常组织得到保护达到根治剂量，提高局部控制率精确（准确）适形的放疗 适形指数达100% 降低周围正常组织损伤,植入粒子的物理条件,放射性粒子种类放射性粒子活度（强度）放射性粒子的半衰期放射性粒子的剂量分布（单个叠加剂量）,临床使用的粒子特征,125I 103Pd 192Ir半衰期 60.2d 17d 74d平均能量 27.4kev 21kev 380kev 源长 4.5mm 4.5mm直径 0.8mm 0.8mm标记物长度 3mmAg 1mmPb初始剂量率 7.7cGy/h 18cGy/h 40cGy/h剂量率 8-10vGy/h 20-24cGy/h半价层 0.025mmPb 0.008mmPb 6.3Cm组织释放94%剂量 240d 68d,组织间植入粒子的特性,125I 103Pd衰变模型 e-电子俘获 e-电子俘获 平均能量 27.4kev 21kev 空气比释动能转换 1.270U/mCi 1.293U/mCi剂量率常数 0.88cGy/hr.u 0.74cGy/hr.u 初始剂量率 7.7cGy/hr 18-20cGy/hrRBE 1.4 1.9,粒子植入用125I的好处,低能125I植入后，线立即穿透到周围组织，保护相邻正常组织相对较长半衰期，延长放射线到肿瘤体积的时间放射诱使肿瘤缩小， 125I粒子密集，局部剂量自然增加。持续低剂量放疗，改进肿瘤局部乏氧。,125I粒子植入剂量不均匀原因,内在的放射性物学因素，如散射和各向异性技术因素，如不正确的粒子分布。,放射性粒子的活度,放射性粒子的活度实际上代表粒子的放射性强度，用于植入到肿瘤中的粒子活度一般为0.4-0.7mCi活度单位MBq，1mCi=37MBq，1mCi产生182cGy，1MBq=4.92cGy计算肿瘤所需放射总活度（mCi）=期望组织吸收剂量（cGy）肿瘤器官重量（g）/182。肿瘤重量可用CT推算上述计算公式可改为：肿瘤所需放射总活度（MBq）=期望组织吸收量（cGy）肿瘤器官重量（g）/4.92,放射性粒子的剂量率,放射性粒子具非常低的剂量率,使照射时间延长延长照射时间和低剂量率使正常组织损伤明显减少,对肿瘤细胞杀伤没有影响延长照射时间,使乏氧肿瘤细胞有时间发生再氧合,使放射效果提高延长照射时间会使亚致死损伤修复再氧合与亚致死损伤修复是对立的统一,在相当宽的剂量率范围内,没有剂量率效应,也不降低肿瘤的放射效应,放射性粒子的半衰期,一般按3个半衰期计算剂量半衰期直接影响离子的剂量率,如125I的始剂量率为7.7cGy/h,剂量率为8-10Gy/h,而103Pd的始剂量率18cGy/h,剂量率为20-24cGy/h,半衰期与临床应用选择,Ling根据实验数据提出数学模型，认为125I用于增殖慢的肿瘤，如前列腺癌； 103Pd用于增殖快的肿瘤。临床并未证实上述推论。临床用两种同位素疗效无区别临床应用： 125I用于分化中-高的肿瘤， 103Pd用于分化差的肿瘤,剂量率不同，治疗不同肿瘤的效果不同。 Tpot10天，生长较慢的肿瘤，I -125较好,处方剂量Prescription dose，PD,规定的治疗肿瘤剂量肿瘤靶区95%的体积应达到PD，即V10095%，即95%以上的体积有100%的剂量PD即mPD靶区一般不超过2PD肿瘤靶区若90%的体积达不到PD，复发率高,匹配周缘剂量matched perpheral dose，mPD,粒子植入的剂量不均匀，为统一处方剂量将其定为 mPDmPD 为肿瘤长、宽、高得出的肿瘤近似体积，即靶区。mPD 可计算植入导针数及粒子数mPD 为靶区的周边剂量,永久植入粒子的处方剂量,125I与103Pd的处方剂量不同，因为剂量率不同，但二者的处方剂量生物效应相等处方剂量需折合为RBE（相对生物效应）。例如前列腺癌放疗剂量， 125I为145Gy， 103Pd为115Gy，折合为外照射为120Gy,粒子植入的匹配周缘剂量（matched perpheral dose，MPD）,粒子植入剂量不均匀，为统一处方剂量，将处方剂量定为MPDMPD为用肿瘤长宽高得到的肿瘤近似体积，即肿瘤的靶区用MPD计算出粒子植入时的导针数及粒子数MPD应为靶区周边的剂量,植入粒子注意事项,正确选择适应证正确选择粒子种类，活度术前计划指导植入剂量分布术中优化植入计划术后验证植入质量严格执行规范,植入方法,模板：均匀分布及周缘密集、中心稀疏方法影像指导：超声、CT可在全部导针植入后，再植入粒子,粒子植入术前计划,确定适应证术前计划（preplane）CT选择粒子活性(强度)植入导针及粒子位置剂量分布危及（重要）器官受量(DVH),植入粒子数的计算公式,（肿瘤长+宽+高）/35每个粒子活度=粒子数,粒子植入的治疗计划系统（TPS）,ABS规定：所有患者治疗前都必须有治疗计划，给出预期的剂量分布。标准做法：用CT、MR、超声图像（或融合图像），确定靶区（GTV-PTV），根据轮廓、横断面（Z）制定植入导针数、粒子数量、及粒子活度、总活度。观察剂量分布情况，调整导针及粒子位置。,TPS的剂量学要求（1）,良好的设计始于良好的体积研究PTV应大于肿瘤器官轮廓，但在各方向上比GTV（CTV）扩大的数字不同，主要根据周围是否为重要脏器。 肿瘤靶体积率（TVR）=给予处方剂量的总体积/肿瘤的总体积，应在1.5-2.0之间 TVRS2.0-3.0，降低适形性，正常组织受量增加,TPS的剂量学要求（2）,注意植入粒子的正确位置前列腺植入粒子应大包膜内；植入到周围软组织中很容易发生迁移。中心剂量（尿道剂量）应在V150，否则易引起合并症禁止用一根针植入粒子，否则位置难以准确,TPS的剂量学要求（3）,植入粒子后是相对均匀的。减少植入导针可减少组织创伤。肿瘤（前列腺）+边界应当是100%处方剂量，中心（尿道）应在150%等剂量线以下。这两条线有如炸面圈，有如马蹄形分布。150%的等剂量体积，如用125I，不超过前列腺60%的体积；用103Pd，不超过65%的体积。,TPS评估,只有植入粒子后的分析，才能证明TPS的优劣。用生存率和并发症的临床结果证实TPS准确性剂量信息列阵（array）观察粒子及剂量分布术后计划（post plan）可见粒子排列不规则，使植入计划（implant planes）和平均中心剂量（mean contral dose）毫无意义。术后计划真实反映粒子分布及剂量分布。,TPS质量相关的3个数据,PD的靶体积V，PD用百分数表示，标在右下角。V80=93%，即93%的靶区接受80%PD。靶区达到PD的百分数D，标在右下角。表示靶区达到PD的体积百分数。D90=128Gy，即靶区90%的体积为128Gy（PD）TVR，（靶一体积比）：接受PD的体积与靶体积之比理想TVR=1.0,评估TPS的方法,等剂量曲线：表达空间信息、剂量信息、剂量分析，最主要是150%的PD曲线。剂量体积直方图（DVH）：靶区及周围正常组织某剂量区所含体积百分比。粒子植入数量，避免中心高量，避免靶区以外组织接受较多剂量。,DVH分类（前列腺为例）,DVH分积分、微分两种，Z-DVH是在Z平面上的DVH表现，属微分DVH。组织表面（膀胱、直肠、尿道）的剂量，称为表面剂量直方图（DSH）。显示尿道或神经血管束的剂量，常用线性直方图，称线性剂量直方图（dose-line histogram，DLH）DSH、DLH都用2-D，不必用3-D,评估TPS的指标（1）,靶区的剂量适形：D90MPD，即90%靶区所受剂量超过PD，意味着植入质量很好。平均外周剂量（mean peripheral dose，MPD）：靶体积表面的平均剂量，应为PD适形度（conformation number）：PD的靶体积与全部靶体积之比,评估TPS的指标（2）,植入粒子不可能均匀一致，剂量不均匀度不超过 PD 20%，肯定有好处；若有超高量区，必须用减少粒子的方法控制剂量相邻结构（正常组织）的剂量，用DVH评价,TPS计算数据-剂量均匀指数dose homogeneity index，DHI,靶区内，DHI常大于PD，但小于150%PD因此，靶区内接受 100%PD-150%PD 区域是剂量均匀区例： 20cc 体积剂量PD， 5cc 体积剂量150%PD，因此DHI=（20-5）cc/ 20cc=75%,TPS计算数据-剂量不均匀率dose nonuniformity ratio，DNR,与DHI相对应，一般不与组织结构相联系DNR是接受 150% PD 以上的体积，与接受100%-150% PD 的 DHI 之比DNR= 1-DHI,靶区剂量评价,靶区应得到90%的PD。(前列腺D90140Gy时，生化成功率明显降低)。 评价靶区剂量常用90-90律，即90%以上靶区受到90%PD的照射，V9090% (前列腺D90140Gy)均匀性：-靶区V15060%或V15050%， -DHI（剂量均匀指数） 0.5,检验术前计划的质量指标,处方(PD)剂量分布：双90%定律周缘匹配剂量(mPD)：等于处方剂量(PD)危及器官（Orgar at Risk,OAR）:不超过耐受剂量最高剂量区域不超过 2 倍处方剂量没有冷区(点)适形度(GTR)=1,术中优化治疗计划,检验与核对调整治疗计划:靶区、导针、粒子位置及数目及时纠正热区及冷区，使剂量分布均匀调整处方剂量及周边配剂量保护正常组织及器官提高复盖率及适形度,术后质量验证（post-plane) -粒子位置、剂量分布,植入后即刻进行 CT 检查（前列腺粒子植入可在植入后 2530 天作CT）植入后即刻进行 X 平片检查引入计划系统，检查粒子植入质量剂量分布：肿瘤及正常组织受量适形度,CT扫描插植后CT扫描，广泛用于评估插植的质量。CT是可见前列腺边界和放射性源的位置的唯一方法。（TRUS不能清楚识别源的排列）MRI识别前列腺边界可能比CT还好，但不能充分显示放射源和影像。MRI与CT融合技术可满意见到前列腺边界和放射源，但很不经济。MRI视觉影像满意程度并不与精确同义,三维质量验证系统- 植入后的真实剂量分布,2D 剂量观察,3D 剂量观察,三 维 验 证 分 析,质量验证的参考指标,靶区D90 PD(mPD),提示植入质量好周缘剂量 = PD适形指数（conformation index）:达到PD 的靶体积与全部靶体积之比剂量不均匀度 PD 的20%用DVH 图确认相邻器官组织的受量根据质量评估结果，决定是否补充粒子或其它治疗,粒子植入质量评估,V剂量：接受某一剂量靶区的百分数，如V80为93%，93%的靶区接受80%的剂量； D90剂量：90%的靶区接受的剂量绝对数值或处方剂量百分比；TVR（靶区体积比，target-voulume ratio）:参考剂量的体积与靶体积之比，理想TVR应为1.0;剂量均匀指数（dose homogeneity index,DHI）:靶区接受剂量参考剂量，但150%参考剂量的百分比；剂量非均整比（dose nonouniformiformity ratio,DNR）:大于150%参考剂量的体积的百分数，DNR=1-DHI；,术后必须报告的参数,Vn：V90、V100、V150、V200 V5、V10、V20、V30、V50、V80Dn: D80 、