放疗技术56ppt课件

第五章常用放射治疗设备 张允清2016 03 14 第一节KV级X线治疗机 一 X线的产生原理X线是由X线机球管阴极灯丝产生的高速电子突然受到阳极靶物质的阻挡而发生的 高速运动的电子撞击靶物质时 电子能量通过碰撞和辐射两种方式损失 前者主要产生热 后者主要产生X射线 产生X线有两种不同的机制 轫致辐射和特征辐射 轫致辐射是指高速运动的电子撞击阳极靶面与原子核相互作用时放射出X线的现象 撞击过程中大部分能量变成热能 约99 8 仅有小部分变成X射线 约0 2 这会导致X线管不能长时间连续使用 又由于电子在靶面上受阻的情况不同 电子动能转变的X线能量不同 自最大能量以下 在任意一个能量上 X线强度均有分布 因此能谱是连续的 轫致辐射强度与三个因素有关系 与X线管的管电流成正比 与X线管的管电压平方成正比 与阳极靶的原子序数有关且成正比 特征辐射是指高速运动的电子撞击阳极靶面与原子相互作用时放射出X线的现象 产生机制是入射电子与原子的内层电子 通过电离作用将它打到外层或原子外面 在内层产生一个空位 此时 外层的其他电子会立即落到这个空位 多余的能量通过X线发射 这就是特征辐射 它与X球管的管电流 电子速度无关 只与靶物质的构成有关 二 X线治疗机的一般结构X线治疗由X线球管 治疗床和控制开关等结构组成 X线球管是最重要的部件 它主要由电子发射源 加速电场 阳极靶和真空盒组成 X线的产生过程都是在真空盒中进行的 三 X线治疗机的分类临床治疗用的X线机根据能量高低分为 临界X线 6 10kv 接触X线 10 60kv 浅层X线 60 160kv 深部X线 180 400kv 高压X线 400kv 1Mv 及高能X线 2 50Mv 后者主要由各类加速器产生 X线治疗机是最古老的外照射治疗机 与60Co治疗机 加速器相比 X线治疗机由于其绝缘限制 只能产生kv级X射线 其能量低 易散射 深部剂量分布差 表面吸收剂量大 目前临床上仅用于某些特殊部位的治疗以及作为电子束治疗的代用装置 但由于它的造价低廉 结构相对简单 适当调整电压和滤过板 对表浅肿瘤和皮肤病的治疗仍占一席之地 且有较好的生物效应 国内外仍在继续研究 生产 使用X线治疗机 X射线管 X射线治疗机 WEIDA Energy 6MeV X ray DoseDate 2GY minFieldsize 2X2 35X35cm 四 X线的能谱的特点X线管放射的X线组成很复杂 是一束波长不等的混合能谱 从最长波长到最短波长是连续的 从图5 2中看出X射线有两种成分 分别为特征辐射和轫致辐射 轫致辐射是X射线谱中主要成分 自最大能量以下 在任一能量范围内光子均有一定的强度 特征辐射指在连续谱上一些突出的峰值 即在某些特定能量处强度最大处 图中虚线是未加过滤的X线能谱 包括从零到峰值的所有能量 事实上低能部分对治疗毫无作用 并且使皮肤产生过高的剂量 因此去掉低能部分 而保留较高能量的X射线 才可以在临床上治疗病人 图中实线是经1mm铝滤过的X线能谱 这种通过附加滤过板 是X光治疗机常用的改变能谱的方法 光线经过滤过板后 低能部分被极大吸收 而高能部分吸收较少 显然经过改进后的X射线比原来的平均能量要高 滤过板使用时的注意事项包括 不同X射线能量范围用不同的滤过板 100kV以下的用铝 以上的用铜或铜加铝或复合过滤 同一管电压的X射线 滤过板不同 所生X射线半价层也不同 使用复合滤过板时要注意放置的次序 沿射线方向 应先放原子序数大的 后放原子序数小的 这样放置的主要目的是为了过滤掉滤板本身产生的特征谱线 同时也达到滤掉低能部分的目的 从理论上讲 滤过越多 谱线分布对治疗越好 但过多的滤过会使强度大大下降 不经济 要注意综合考虑 第二节远距离60Co治疗机 自1951年第一台钴 60 一般用60Co表示 远距离治疗机在加拿大生产以来 经过几十年的发展 一直是我国最主要的放射治疗设备 近年来第一的位置才逐渐让位给医用电子直线加速器 据统计 目前我国仍然有约400台60Co治疗机在服役 60Co源的半衰期为5 27年 衰变产生的两条射线的能量为1 17和1 33MeV 平均能量为1 25MeV 外照射所用的60Co源活度一般为 量级 临床上为便于计算 常用距源1米处单位时间的照射量或空气比释动能来表示钴 60治疗机的源活度 一 60Co治疗机的一般结构 60Co治疗机一般由以下八部分组成 密封在圆柱罐中的60Co源 储源器及防护机头 遮线器 准直器系统 机架 治疗床 计时器及运动控制系统 辐射安全及联锁系统 60Co治疗机的一般结构见图5 3 Co60治疗机 HMD I 型 二 60Co治疗机几何半影及消半影装置 由于密封60Co源的圆柱罐有一定尺寸 一般直径10 20mm 高20 25mm 源发射的线束被准直器限束后 射野边缘受到强度不等的照射 因而产生由高到低的剂量渐变分布 用几何半影表示 见图5 4 半影反映射野边缘剂量随距离中心轴长度增加而急剧变化的范围 通常用90 和10 或80 和20 等剂量线的侧向距离或来表示半影的大小 设放射源的直径为S 根据相似三角形有 式5 1 则在深度处的几何半影为 式5 2 从上式可以看出减小几何半影的方法 一是缩小放射源的直径 但因源活度及圆柱罐的限制 直径不能太小 二是加大准直器距源的距离 即减少准直器到患者皮肤间距离 但为避免准直器产生的电子污染 准直器到皮肤的距离应不小于15cm 目前设计的新型60Co治疗机采用在准直器下方安装同步运动的可伸缩的消半影调整片 trimmerbars 以减少几何半影 外照射治疗机的半影除了几何半影 还有穿射半影和散射半影 穿射半影是指由于准直器端面与边缘线束不平行 使线束穿透厚度不等而造成射野边缘剂量渐变分布 散射半影是指由于组织中的散射线造成射野边缘剂量渐变分布 这三种半影引起的射野边缘剂量随距离中心轴长度增加而急剧变化的范围 总称为该治疗机的物理半影 三 60Co治疗机种类 60Co治疗机有直立式和旋转式两种类型 相应有两种类型的支持机构 每种类型的治疗机又可分为 百居里 治疗机和 千居里 治疗机两种 前者治疗距离在40 60cm范围 后者一般在75cm以上 百居里 治疗机有治疗距离短 百分深度剂量低 照射时间长等缺点 已不再使用 千居里 甚至 万居里 级治疗机较普遍 治疗距离可达100cm 百分深度剂量可与加速器低能X射线相比 直立型治疗机要求机头上下运动 一般运动范围为135cm左右 同时机头要能向一个方向旋转一定角度 以作切线之类的治疗 旋转型治疗机头不能升降 只能作360 旋转 随着治疗技术的发展 直立式治疗机不再生产 主要为旋转型 源到等中心的距离多为80cm 国外也有100cm的产品 现代的60Co治疗机都是采用机架端上伸出一治疗臂 臂上固定一照射头的形式 图5 5 机架可绕水平轴 轴1 旋转 以便进行等中心治疗 机头上的光栏系统可绕垂直于机架轴的轴线 轴4 旋转 这两条轴线的交点构成治疗机系统的等中心点 治疗床能绕过等中心的铅垂轴 轴5 转动 以实现非共面照射 有些机器还能以通过源点的水平轴 轴2和 或 轴3 转动 以满足某些特殊的治疗需要 如避免发散的扇形束接野时的重叠 除了这些转动自由度外 系统还可以有治疗床的上下 左右 前后和光栏的开启 闭合等运动自由度 第三节医用电子直线加速器 一 医用加速器的分类在肿瘤治疗中 使用得最多的是电子感应加速器 电子直线加速器和电子回旋加速器三种 电子感应加速器的优点是技术上比较简单 制造成本较低 电子束能量可达到要求的高度 可调范围大 且输出量足够大 但其最大的缺点是高能X线的输出量小 照射野也小 且机器体积庞大而笨重 给临床使用的等中心安装造成一定困难 目前已退出临床使用 电子直线加速器克服了以上缺点 其产生的电子束和高能X线均有足够的输出量 照射野较大 可达到40cm 40cm 缺点是结构复杂 成本昂贵 维护要求高 电子回旋加速器既有电子感应加速器的经济性 又具有电子直线加速器的高输出特点 输出量一般比直线加速器高出几倍 能量也达到很高 可高达25MeV 并可在很大范围内调节 其结构简单 体积小 重量轻 成本低 是医用加速器的发展方向 但至今制作工艺上尚有很大困难 还未能在临床广泛使用 IGRT 在轨CT图像引导 同轨CT加速器治疗床 XHA600C医用电子直线加速器 6 3 3医用加速器 3 3 电子回旋加速器 三 医用电子直线加速器的基本结构 电子直线加速器是采用微波电场把电子加速到高能的装置 因加速的径迹成直线而得名 按微波传输的特点又分为行波和驻波加速器两类 一般医用电子直线加速器一般包含十部分基本结构 电子枪 微波功率源 磁控管或速调管 加速管 DC直流系统 真空泵系统 伺服系统 偏转系统 剂量监测系统 机头 治疗床 具体结构见图5 6 现代电子直线加速器的结构 二 医用电子直线加速器的射线类型和能量 一般医用电子直线加速器可产生MV级的X线和MeV级的电子线 临床上常用的X线能量范围多在6 15MV 电子线多在4 20MeV 多年的临床使用经验表明 约15 的患者在治疗过程中需要电子束 目前主流的机型都为光子束带电子束直线加速器 如医科达precise医用电子直线加速器可产生6MV 10MV 可选 及15MV两档 或三档 X线束和6MeV 9MeV 10MeV 12MeV 15MeV及18MeV6档电子束 四 医用电子直线加速器的加速原理 电子在电场中受电场力的作用而运动 可获得能量 电子直线加速器就是根据这一原理使用的频率在微波段的高频电磁波 在加速管中加速电子 使其获得能量 根据加速管中微波的不同工作形式 电子直线加速器可分为行波型和驻波型两类 五 多叶准直器 一 多叶准直器基本结构多叶准直器 MLC 是现代精确放射治疗的重要基础之一 MLC的基本构成单位是叶片 它一般由钨或钨合金制成 见图5 10 MLC一般由20 160片组成 两片成一对 没对叶片宽度在等中心处的投影宽度约为5mm或10mm 立体定向放射治疗用的微型MLC叶片 其宽度在等中心处为3mm 4mm 甚至1 6mm MLC叶片由手动的和电动的两种 电动MLC叶片是现在的主流 每一个叶片由一个电机驱动 通过丝杆将旋转运动改变成直线运动 运动在0 2 60mm s范围内 二 MLC的漏射线和半影 射线穿过MLC叶片时 存在着三种漏射线 相邻叶片间的漏射线 射线穿过叶片产生的漏射线和叶片合拢时每对叶片端面间的漏射线 MLC的漏射现象与射线能量也有一定的关系 能量不同 漏射程度也略有不同 MLC叶片有一定的物理宽度 叶片便于形成的等剂量线近似为正弦波形 MLC的有效半影定义为 将MLC设置成叶片与轴成45 角 用胶片剂量仪在组织最大深度测量半影 80 等剂量线的波峰和20 等剂量线的波谷 或90 等剂量线的波峰和10 等剂量线的波谷之间的距离 叶片的宽度决定了MLC形成的不规则野与靶区形状的几何适形度 叶片宽度越薄 适形度越好 叶片高度必须是原射线的穿射不到原来强度的5 也就是说需要4 5个半价层的高度 由于叶片间存在漏射线 会减低叶片对原射线的衰减效果 故叶片高度适当加厚 一般需要5cm厚的钨合金 三 MLC的特点 常用的宽度为1cm的MLC的有效半影略大于铅挡块的半影 射野边界与靶区形状的适形性差 边缘剂量分布也略差 但是在临床使用时 随射野数目增加 并考虑到摆位重复性的误差 MLC与铅挡块在半影上的差别不大 并且MLC使用的时间要比铅挡块要少6 44 随着小MLC的使用 特别是小于1cm叶片宽度的使用 MLC与铅挡块的剂量学差异越来越小 第四节近距离放射治疗机 近距离放射治疗 brachytherapy 就是通过施源器或把密封放射源直接放到肿瘤中或其附近 把高剂量的辐射送到一个有限的体积中对病变区进行治疗 近距离照射剂量分布的特点就是在接近源处的剂量率非常高 但距源几个厘米以外其强度就非常快地减弱下来 一 后装治疗机 后装技术主要应用在宫颈癌的治疗方面 所谓 后装 即先在准备室内将施源器放置并固定在宫腔内 然后送患者进入治疗室 把与施源器相联接的管头接好 再用遥控技术将源送入施源器内照射病灶 治疗结束时用遥控技术把源退回到储源器内 密封源遥控后装技术治疗宫颈癌是欧洲治疗宫颈癌的标准技术 二 近距离放射治疗的常用核素 近距离放射治疗中常用的射线类型包括 和 等 选用的核素及其物理学特性列于表5 1 表5 1近距离放射治疗常用核素特性 a 代表年 d 代表天 三 粒子源植入 传统上 粒子源植入是指将一个或多个源放入组织 利用源发出的 射线进行治疗 这些源通常都很小 也称作粒子源 Seed 上世纪70 80年代 随着核反应堆可以生产人工低能核素以及计算机技术的发展 使得粒子源治疗于核素选择 剂量确定和辐射防护等方面有了较大的提升 在颅内肿瘤 鼻咽癌放射治疗后残留和复发 早期前列腺癌的治疗上显示了明确的疗效 对其他系统如头颈部癌 肺癌 乳腺癌 胰腺癌 复发直肠癌和妇科肿瘤等方面也有相当的进展 近年来 多种人工放射性核素如125I 103Pd 131Cs 241Am 145Sm和169Yb等光子发射体被用于粒子源的制造 随着金属加工技术的进步 以追求剂量均匀分布为目的的不同内部结构和材料的粒子源被开发 核素在源内的分布形式更加多样 同时 由于计算机图形图像技术的迅猛发展和实时三维重建的实现使得术前治疗计划的制定 术中源的定位以及术后剂量分布的获取和验证更为精确 并且在治疗内容方面扩展到眼部肿瘤和血管狭窄的治疗 未来粒子源治疗技术的发展方向主要集中在 适合近距离放射治疗核素的进一步开发 廉价粒子源的制造工艺 更为准确的治疗计划系统 TPS 的开发 更加安全高效的源植入技术方法研究 一 粒子源植入的优点1 最好的 准确的适形照射 2 保证肿瘤靶区得到高剂量治疗 局控率高 3 周围正常组织得到保护 并发症低 4 容易操作 门诊治疗 二 粒子源植入的要求1 必须精确进行 设计 2 必须术后进行质量验证 3 必须对粒子植入的剂量要求得出答案 4 操作人员应当有一定基础 并受过训练 三 粒子源植入治疗的一般过程通过影像学手段 如CT 获得肿瘤部位的三维图像后导入治疗计划系统 放射治疗物理师和外科医师依据处方剂量 PrescriptionDose 协同制定治疗计划 包括源的类型 活度 个数和源在组织中的分布形式 然后在超声引导下利用模板和粒子源专用植入工具将源按计划植入并进行实时确认 植入结束后进行源定位和剂量分布的验证 当前粒子源植入的方式有两种 暂时植入 TemporaryImplant 和永久植入 PermanentImplant 选择的依据是肿瘤的性质和对初始剂量率的要求 四 近距离治疗机特点 近距离治疗机治疗的方式是将封装好的放射源 通过施源器或输源管直接植入患者的肿瘤部位进行照射 与粒子源植入不同 其基本特征是放射源贴近肿瘤组织 肿瘤组织可以得到有效的杀伤剂量 而邻近的正常组织 由于辐射源剂量随距离增加而迅速跌落 受量较低 一 现代近距离治疗 现代近距离治疗较早期近距离的有两个明显的不同 即采用后装技术和高剂量率治疗 所谓后装技术就是 在治疗前 仅将空施源器放入患者体内 进行拍片及剂量分布计算 知道剂量分布满足临床要求后 工作人员离开治疗现场 在控制室通过微机控制放射源进入预先计划的治疗部位治疗 该技术的使用 使工作人员和患者减少了不必要的照射 现代近距离治疗的其它特性还有 一个高活度放射源 放射源微型化 最小的放射源可进入到冠状动脉内治疗血管内再狭窄 正是由于这些特点高剂量率后装技术倍受推崇 并迅速得以推广 成为治疗肿瘤的有力武器 二 近距离治疗剂量学特点 现代近距离治疗使用的放射源都是微型化的 比早期的点状源和线源更小 不管是何种布源方法和剂量计算 以及采用何种治疗方式 它们的剂量分布都遵循距离平方反比定律 1 距离平方反比定律距离平方反比定律是指放射源周围的剂量分布随着离开放射源的距离的增加而下降 剂量与距离的平方成反比 2 剂量率效应现代近距离治疗的另一个重要问题是它与传统低剂量照射的剂量率效应问题 近距离剂量率根据参考点的剂量率的不同分为三类 参考点剂量每小时在2Gy 4Gy之间的模式叫低剂量率照射 也就是传统模式 参考点剂量每小时大于12Gy的模式叫高剂量率照射 基于两者之间的叫中剂量率照射 第五节模拟定位机 放射治疗需要在精确的靶区和精确的剂量控制下实施 而治疗前的靶区确定 就需要通过各种影像手段来实现 这种通过影像方法确定准确靶区 并以两维或三维方式体现出来 确定多角度体表投影 依次制定合理计划 模拟治疗的方式 方法均可称为模拟定位 从过去的通过X线诊断机或X线片定位到近代应用的模拟定位机 CT模拟定位机 CT Sim 以及MRI PET的应用 图像融合技术 使当代定位技术有了飞跃性发展 定位精度越来越高 使精确放射治疗技术得以实现 本节和第六节介绍模拟定位机和CT模拟定位机两种定位设备 模拟定位机功能 提供有关肿瘤和重要器官的影响信息 用于治疗方案的验证和模拟 一 模拟机CT 模拟机CT的设备是在常规X射线模拟定位机的基础上 在常规X射线模拟定位机机头及影像增强器上各加一个准直器 并在影像增强器上加一套数据采集装置 二 CT模拟机 CTsimulator CT模拟机是兼有常规X射线模拟机和诊断CT双重功能的定位系统 通过CT扫描获得患者的定位参数来模拟治疗的机器 一个完整的CT模拟机由三个基本部分组成 图5 14 一台高档的大视野的 FOV 70cm CT扫描机 以获取病人的CT扫描数据 CT扫描孔径 FOV 越大越好 一套具有CT图像的三维重建 显示及射野模拟功能的软件 这种软件可以独立成系统 也可以融入三维 3D 治疗计划系统中 一套专用的激光灯系统 最好是激光射野模拟器 在精确放射治疗体系中 上述设备均不可或缺且具有一定要求 进行体部CT模拟定位时 还应尽可能配合呼吸控制系统进行 在精确放射治疗中 靶区控制相对严格且适形度高 稍有偏差即可导致治疗的失败 治疗机配备实时验证系统也是非常必要的 三 CT模拟过程 CT模拟过程要求一个团队的合作 包括医师 物理师 剂量师 技术员 护士 医院管理者等 全体人员需要明白过程中每个环节及对他们自身的技术要求 充分发挥CT模拟的优势需要知识广博 经验丰富的工作人员 通常各项任务及责任应被分配至个人 已有不少关于CT模拟过程的描述 通常包括以下几个步骤 病人摆位 固定及标记病人 CT扫描 图像传至虚拟模拟工作站 确定初始坐标系统 确定靶区及等中心 根据等中心的坐标标记病人及固定装置 勾画关键器官及靶区 设计照射野 传输数据至治疗计划系统进行剂量计算 治疗前的书面文件准备 进行必要的验证及治疗计划检查 第七节治疗计划系统 一 治疗计划系统概念从广义上说放射治疗计划包括肿瘤诊断 分期 影像获得 靶区定位和勾画 正常组织勾画 治疗计划设计模拟优化 治疗实施等步骤 这些步骤完成放射治疗患者从就诊 治疗到治疗结束的整个过程 这个过程可简单的分为体模阶段 计划设计 计划确认和计划执行四个环节 治疗计划系统 treatmentPlanningSystem TPS 狭义上的概念是指物理师在工作站上利用治疗计划软件设计患者治疗计划的过程 这个过程是在医师勾画好患者的GTV CTV PTV和待保护的正常组织的结构后 在患者的CT图像上完成的 它主要包括三个方面的内容 计划设计 放射剂量的显示和治疗计划的优化 二 两维和三维治疗计划系统 表5 3两维TPS和三维TPS的主要区别 第八节射野挡块及组织补偿的制作设备 一 射野挡块技术 一 挡块的厚度放射治疗中 照射野的形状主要取决于肿瘤扩散的范围 临床病灶及周边可能浸润的部分 同时必须保证敏感器官所受的剂量不超过其耐受剂量 照射野的挡块一般用铅制成 为了使屏蔽部分得到足够的保护 铅挡块必须达到特定的厚度 这一厚度由射线的能量和允许通过铅挡块所透射的辐射强度所决定 在多数的临床条件中 一般所用铅挡块的透射率要小于5 即4 5 5 0半价层的铅可使射线的透射率小于5 二 组织补偿技术 由于人体有的部位是弯曲的表面 因此病人所受到的辐射剂量和标准水模体测得的结果有差别 除了作校正之外 还应该进行组织补偿 以得到较好的剂量分布 一 组织填充物 二 组织补偿器 三 电子束的补偿技术 第九节治疗剂量验证技术及设备 常规放射治疗以及三维适形放射治疗 3DCRT 对照射野的野内剂量不作调整 或者只使用楔形过滤板作简单的一维改变 照射野的剂量分布的可靠性非常高 只要对放射治疗设备做常规的质量保证就可以保证治疗物理剂量的可靠性 而对于IMRT或更精确的放射治疗技术 计划制定和剂量分布均比常规三维适形放射治疗复杂得多 每个照射野都是经过调制的动态多叶光栅照射野 或者是个体化单独制作的补偿块 如果没有完善的剂量验证 很有可能存在较大误差 对治疗有不利影响 本节着重介绍IMRT治疗验证技术和其需要应用的设备 剂量验证的内容包括绝对剂量的验证和相对剂量分布的验证 首先要把设计的计划移植到体模上 计算其剂量分布 再在治疗机上测量该体模的剂量分布和计算结果比较 一 MLC叶片位置的检查 二 绝对剂量的验证 目前临床常用电离室有指形电离室和平行板电离室 后者多用于高能X线建成区和低能量电子束测量 用来做绝对剂量验证的是指形电离室 用于临床测量的电离室大体上有三种体积 0 6ml 0 1ml左右和0 01ml左右 三 相对剂量的验证 在做剂量验证时 只对一个点或几个点做绝对剂量验证是不够的 完整的剂量验证必须包括剂量分布的验证 第十节呼吸门控技术及设备 一 监测呼吸运动的技术 一 X线透视技术X线透视是观察呼吸运动最简单也是最直接的影像方法 但是缺点是需要长时间暴露在电离辐射状态 可以观察肺部的肿瘤运动 但不能直接观察到腹部脏器内肿瘤的运动 必须植入不透光金属标记物后指示肿瘤的运动 易于观察肿瘤上下运动 但前后方向和左右方向观察比较困难 二 4DCT技术通常诊断CT都是在屏气状态下扫描 反映的是某一个呼吸状态下脏器及肿瘤的位置及形态 而且CT多采用轴位扫描 在测量上下运动幅度是可能因容积效应出现误差 三 4DMRI技术MRI最特出的优点是无电离辐射 多轴成像 良好的软组织对比 MRI能够观察到肿瘤 并直接测量肿瘤在各个层面上运动范围 特别是电影MRI CineMRI 能够动态观察肿瘤的运动 缺点是在肺部影像质量较差 在图像分辨率和成像速度上还不能达到高清晰实时成像 存在运动伪影 四 电磁技术目前研究呼吸运动多采用影像设备 在引导放射治疗也是用体外的标记物的呼吸运动规律预测体内肿瘤的运动 即使是目前最为先进的同步呼吸追踪技术也是在治疗期间用X线摄像机验证体外标记去和体内肿瘤运动模型的精确性 理想的肿瘤呼吸跟踪技术应当是连续不间断 无电离辐射 直接指示肿瘤运动规律 二 呼吸运动规律及特点 一 肺部运动的特点 二 肝脏运动的特点 三 胰腺运动的特点 三 呼吸运动技术 呼吸运动补偿的方法分为两类 实时自适应补偿和非自适应补偿 非自适应补偿的方法很多 包括内靶区 ITV 腹部加压 主动屏气控制 呼吸门控等 实时方法包括动态多叶准直器 动态移动床 同步呼吸追踪 目前常规放射治疗采用的扩大肿瘤靶区的治疗边界覆盖肿瘤运动范围保证PTV的处方剂量 由于卷入治疗靶区的正常组织太多 不能用于体部放射外科的治疗 通过固定装置压迫腹壁限制呼吸幅度 能够缩小治疗边界 但重复性差 也不适宜用于放射外科控制呼吸运动的方法 第六章临床常用的照射技术 第一节放射源的种类及照射方法一 常用放射源种类及照射方法放射治疗使用的放射源主要有三类 释放 射线的放射性同位素 产生不同能量X射线的X射线治疗机和各类加速器 产生电子束 质子束 中子束 负 介子束 以及其他重粒子束的各类加速器 这些放射源以两种基本照射方式进行治疗 放射源位于体外一定距离 集中照射人体某一部位 叫做体外远距离照射 或简称为外照射 将放射源密封后直接植入被治疗的组织内或放入人体的天然腔隙内 如口腔 鼻咽 食管 宫颈等部位进行照射 叫做组织间照射和腔内照射 简称为近距离照射 二 内 外照射的基本区别 第一类放射源可以作体内近距离 体外远距离两种照射 第二 三类放射源只能作体外照射 近距离照射与体外照射相比有四个基本区别 近距离照射放射源活度较小 由几十个MBq 几个mCi 到约400GBq l0Ci 且治疗距离较短 约5mm到5cm 体外照射放射线的大部分能量被准直器和限束器等屏蔽 只有少部分能量到达被治疗的组织 近距离照射则相反 其大部分能量被组织所吸收 体外照射放射线必须穿过皮肤和正常组织才能到达肿瘤组织 肿瘤剂量受到皮肤和正常组织耐受量的限制 为得到较高的且均匀分布的肿瘤剂量 需要选择不同能量的放射线和采用多野照射技术 由于距离平方反比定律的影响 在腔内组织间近距离照射中 离放射源近的组织其剂量相当高 距放射源远的组则剂量较低 靶区剂量分布的均匀性远比外照射差 故在取处方剂量归一点时必须慎重 防止靶区部分组织剂量过高或部分组织剂量过低的情况发生 第二节远距离放射治疗技术 一 体位固定技术体位固定技术是放射治疗计划设计与执行过程中极其重要的一个环节 治疗中一旦出现摆位错误或者位置不准确 不仅肿瘤靶体积会因为受不到射线的照射而得不到有效治疗 正常组织甚至重要器官亦会由于过量照射而受到伤害 为了保证放疗过程中治疗计划可以得到忠实 准确的执行 必须要首先保证患者从肿瘤定位到治疗计划设计 模拟 确认以及每天重复治疗的整个定位 摆位过程中体位的一致性 这一点对三维适形治疗 调强放射治疗和图像引导放射治疗等精确治疗尤为重要 一 治疗体位的确定 一般前野或侧野照射时 多采用仰卧位 后野照射时 应根据治疗床面是否对射线有阻挡作用而决定是否采用仰卧位 二 治疗固定器 根据放射治疗对体位的要求 一方面需借助体位辅助装置 使患者得到正确的治疗体位 另一方面还应采用适当的固定技术 在放射治疗过程中保持患者体位不变 或在每次治疗摆位时均能使其体位得到准确地重复 例如 在体位辅助装置之上加用诸如塑料人体面罩以防止患者因下意识地运动而使其治疗体位发生变化 常规放射治疗使用的体位固定设备通常包括头部 头肩部 胸部 腹部和特殊部位等多种类型和多种规格 制作体位固定器的技术目前有 石膏绷带技术 石膏阳模冲压真空成型技术 高分子低温水解塑料热压成型技术 真空袋成型技术和液体混合发泡成型技术等 二 固定源皮距照射技术 一 临床应用所谓固定源皮距 SSD 照射技术 即是将放射源到皮肤的距离固定 将机架的旋转中心放在照射野皮肤的表面 A点 上 而将肿瘤或治疗靶区的中心放在放射源S与放射线在皮肤的入射点A的连线的延长线上 三 等中心与成角照射技术 一 临床应用等中心照射技术 SAD 是临床常用的照射方法 目前多数放射治疗机都可以做等中心治疗 等中心治疗的基本原理是以治疗机机架为半径 机架转轴为旋转中心 只要将病灶中心或靶区中心放在机架的旋转中心轴位置上 当机架给任何角度时 射线束中心都必定穿过病灶中心或靶区中心 等中心照射摆位技术具有摆位简单 重复性好的特点 是今后放射治疗摆位的趋势 该技术摆位的要点是要保证升床的准确性 先对距离再给角度 要把源轴距对在肿瘤上 使用SAD技术照射时 除可以行简单的两野对穿照射外 更多的是使用多野成角照射 通过合理的布野 尽量避免对穿野照射 以便减小入射和出射剂量 成角照射方法又称给角照射 即将治疗机机架旋转一定角度后进行照射 也就是使放射线束与治疗患者体位形成一定夹角的照射技术 成角照射方法也可用于SSD技术 但应用较少 临床工作中 诸如食管癌 胰腺癌 肾癌等都宜选择等中心照射技术 1 常用成角照射的种类主要包括 源皮距成角照射 等中心成角照射 切线成角照射 水平成角照射 反向成角照射 180 反向给角 多野交叉成角照射等 2 成角照射技术的特点 成角照射最大的优点是可以避开重要器官 采用最佳入射角度治疗 减少重要器官及正常组织的受照射剂量 为了提高靶区剂量分布的适形度和均匀性 可采用多野成角交叉照射 为了保证患者照射体位舒适 使体表野与照射部位保持一致 可采用水平成角照射或反向成角照射 因肿瘤原位复发 以前曾做过放疗 皮肤及正常组织都受到过比较大的剂量照射时 可选用成角照射 避开原照射野的皮肤 组织和器官 提供再次放射治疗的机会 四 相邻野照射技术 一 临床应用在临床工作中经常会遇到需要照射的肿瘤靶体积过大 或需要一个以上的照射靶区相邻 该类情况即须采用相邻野照射 例如肺癌的锁骨上野与纵隔 肺部肿块野 腹主动脉旁淋巴区照射野和纵隔区照射野 斗篷野 和 锄形野 及 倒Y野 全脑全脊髓照射野等 还有在非共面的照射技术中也有相邻情况 例如全脑全脊髓照射时 头部两侧相对平行野和脊髓野的相接 乳腺切线野和锁骨上野的相接 头颈部照射两侧相对平行野和颈前垂直野的相接等 故相邻野照射技术是临床外照射治疗中经常应用的技术之一 二 照射方法 应用相邻野照射时 存在着照射野之间相邻和间隔的问题 不解决好这类问题就容易形成剂量分布的热点或冷点 导致正常组织损伤或肿瘤控制不佳 因此需要应用一定的相邻野照射技术设计照射野 以便既能有效地控制肿瘤 亦能避免造成正常组织的放射性损伤 下面根据相邻野射线束中心轴的不同 分别介绍此种照射方法 1 射线束中心轴平行相邻照射野2 射线中心轴成正交相邻野 五 楔形野照射技术 一 临床应用为适应临床治疗的需要 有时需要在射线束的途径上加装特殊滤过器或吸收挡块 对线束进行修整 以获得特定形状的剂量分布 楔形滤过板 简称楔形板 是最常用的一种滤过器 楔形板通常是用高密度材料如铜或铅做成的楔形挡块 其本身构造的实际角度为 角 简称楔形板角 此角对临床应用意义不大 它与下述楔形角 有一定的比例关系 但不等于楔形角 楔形板连同固定托架通常放在准直器上侧近源位置或准直器下侧远源位置 但当放在后者位置时 必须保证楔形板离开体表或皮肤至少15cm 避免增加高能X 射线的皮肤剂量 1 楔形照射野的常用概念楔形角 是表示当放射线束通过楔形板以后 其等剂量曲线所能改变的倾斜角度 具体地讲就是体模内放射线束中心轴上10cm深度处 楔形等剂量曲线与照射野中心轴夹角的余角叫楔形角 图6 16 该角一定要与楔形板角 严加区别 常用的楔形角有15 30 45 60 四种 随着计算机技术和楔形板应用技术的改进 产生了一楔多用 动态楔形及全方位楔形照射技术 1 楔形板与放射线能量和治疗深度的关系 当具有相同能量的放射线束进入到人体以后 在建成区以下随治疗深度的增加 放射线的能量逐渐减低 散射线愈来愈多 因此楔形野的等剂量曲线 如 90 70 60 50 就不可能彼此平行 亦即是说楔形角 随着治疗深度的增加愈来愈小 入射线能量愈低 如深部X射线 楔形角随深度变化愈大 入射线能量愈高 楔形角随深度的变化愈小 2 楔形百分深度剂量 加用楔形板照射时 其百分深度剂量定义为 体模中楔形照射野中心轴上某一深度处的吸收剂量Ddw与某一固定参考点处的吸收剂量之比 固定参考点的吸收剂量仍选为无楔形板时同样大小面积的照射野 在其最大电离深度处的剂量Dm 对60Co为0 5cm深度处 8MVX线在2cm深度处 3 楔形因子Fw 照射野中心轴上深度d处有楔形板和无楔形板时的吸收剂量之比称为楔形因子Fw 即Fw DdW Dd 楔形因子一般通过测量方法取得 测量深度是随所使用放射线的能量不同而不同 如60Co 射线取d 5cm 高能X射线取d l0cm 常规放射治疗所用的百分深度剂量乘以楔形因子后即可得到楔形百分深度剂量 4 一楔合成 所谓一楔合成 就是将一个楔形角较大的楔形板作为主楔形板 按一定的剂量比例与平野轮流照射 从而可以合成0 到主楔形板楔形角间任意楔形角度的楔形板 如用现有楔形角 的楔形板照射一定剂量D有楔 再在不加楔形板的情况下照射一定剂量D无楔 则等效楔形角 等效 1 F 其中F为不加楔形板的照射剂量