肿瘤放射物理学11

1、第十一章第十一章 调强适形放射治疗调强适形放射治疗 放射治疗与手术治疗一样是一种局部治疗手段，放射治疗与手术治疗一样是一种局部治疗手段， 其追求的目标是提高放射治疗的治疗增益此，即最大其追求的目标是提高放射治疗的治疗增益此，即最大 限度地将剂量集中到病变限度地将剂量集中到病变( (靶区靶区) )内，杀灭肿瘤细胞，内，杀灭肿瘤细胞， 而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射。而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射。 X X射线立体定向治疗和高能质子治疗的临床成功经验射线立体定向治疗和高能质子治疗的临床成功经验 揭示与证明，采用物理手段改善病变揭示与证明，采用物理手段改善病变( (靶区靶

2、区) )与周围正与周围正 常组织和器官的剂量分布，能够有效地提高治疗增益。常组织和器官的剂量分布，能够有效地提高治疗增益。 适形放射治疗定义适形放射治疗定义 适形治疗适形治疗(Conformal Therapy)(Conformal Therapy)是一种提高治疗增益的是一种提高治疗增益的 较为有效的较为有效的物理措施物理措施。适形放射治疗为一种治疗技术，。适形放射治疗为一种治疗技术， 使得：使得：高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的 形状一致。形状一致。从这个意义上讲，学术界将它称为三维适形从这个意义上讲，学术界将它称为三维适形 放射治疗放射治

3、疗(3DCRT) (3DCRT) 第一节第一节 适形放射治疗的分类及历史发展适形放射治疗的分类及历史发展 为达到剂量分布的三维适形为达到剂量分布的三维适形, ,必须满足下述必要条件必须满足下述必要条件 1.1.在照射方向上，照射野的形状必须与病变（靶区）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。的投影形状一致。 2. 2. 射野内诸点的输出剂量率必须按要求的方式进行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：调整，使得靶区病变内及表面的剂量处处相等： A A 射野形状适形（射野形状适形（BEVBEV） B B射野内强度调节射野内强度

4、调节 适形放疗中，靶区内适形放疗中，靶区内 及靶区表面各点的剂及靶区表面各点的剂 量应相等，即各野到量应相等，即各野到 达某点的剂量率和照达某点的剂量率和照 射时间的乘积之和应射时间的乘积之和应 为常数。为常数。 适形放射治疗的分类适形放射治疗的分类 经典适形放射治疗经典适形放射治疗 （Classical Conformal Radiation TherapyClassical Conformal Radiation Therapy） 只满足第一个必要条件只满足第一个必要条件 调强适形放射治疗调强适形放射治疗 （Intensity-Modulated Radiation Therapy, In

5、tensity-Modulated Radiation Therapy, IMRTIMRT） 同时满足两个必要条件同时满足两个必要条件 调强适形放射治疗的历史调强适形放射治疗的历史 早在早在19591959年日本的年日本的TakahashiTakahashi医师提出了适形放射治疗的医师提出了适形放射治疗的 概念。概念。TakahashiTakahashi医师及其同事设计了一套机械控制系统，医师及其同事设计了一套机械控制系统， 用它来控制多叶准直器，在围绕患者旋转照射时射野形用它来控制多叶准直器，在围绕患者旋转照射时射野形 状与靶区的形状一致。状与靶区的形状一致。ProimosProimos及其

6、同事及其同事19601960年提出了同年提出了同 步挡块旋转照射方法。步挡块旋转照射方法。Green1959Green1959年提出了循迹扫描原理。年提出了循迹扫描原理。 Umegaki1971Umegaki1971年在直线加速器上安装了多叶准直器。用机年在直线加速器上安装了多叶准直器。用机 械方式控制，逐渐发展到今天用微机控制。械方式控制，逐渐发展到今天用微机控制。 调强适形放射治疗是由调强适形放射治疗是由BjarngardBjarngard，KijewskiKijewski及其同事在及其同事在 2020世纪世纪7070年代最先提出，但由于当时的技术条件在临床年代最先提出，但由于当时的技术条

7、件在临床 上还不能实现，逆向治疗计划方法的提出和微机控制上还不能实现，逆向治疗计划方法的提出和微机控制MLCMLC 技术的发展，为技术的发展，为IMRTIMRT的临床应用提供了必要的条件。的临床应用提供了必要的条件。 调强定义调强定义 调强调强: :将直线加速器或钴将直线加速器或钴-60-60治疗机的均匀剂量治疗机的均匀剂量 ( (率率) )输出的射野变为不均匀剂量输出的射野变为不均匀剂量( (率率) )输输 出的射野的过程。出的射野的过程。 调强装置调强装置( (器或方法器或方法): ): 实现调强过程的装置。实现调强过程的装置。 为什么要开展为什么要开展IMRTIMRT？ 1.1.放疗中约

8、有放疗中约有30%30%的病例是凹形靶区，只有用的病例是凹形靶区，只有用 调强方法才能得到这种形状的高剂量分布，调强方法才能得到这种形状的高剂量分布， 而周围正常组织剂量很小。而周围正常组织剂量很小。 2.2.能够作调强治疗的设备和技术已商业化。能够作调强治疗的设备和技术已商业化。 3.3.照射可实现数字化。照射可实现数字化。 4.4.用于用于IMRTIMRT的射野注量的射野注量( (强度强度) )分布的分布的逆向设计逆向设计 算法已经成熟。算法已经成熟。 5.CT/MRI/SPECT/PET5.CT/MRI/SPECT/PET等影像设备等影像设备, ,可以更加精确可以更加精确 地确定靶区和周

9、围正常组织、器官的几何结构地确定靶区和周围正常组织、器官的几何结构 6.IMRT6.IMRT的验证和的验证和QAQA技术不断涌现技术不断涌现。 调强的概念启发于调强的概念启发于X X射线横向断层射线横向断层CTCT成像的逆原理。当成像的逆原理。当CTCT的的X X 射线球管发出强度均匀的射线球管发出强度均匀的X X射线束穿过人体后，其强度分布反射线束穿过人体后，其强度分布反 比于组织厚度与组织密度的乘积，反向投影后形成组织的影比于组织厚度与组织密度的乘积，反向投影后形成组织的影 像；反之，如果使用类似于像；反之，如果使用类似于CTXCTX射线穿过人体后的强度分布的射线穿过人体后的强度分布的 高

10、能高能X X（)线束、电子束或质子束等，绕人体旋转照射，在线束、电子束或质子束等，绕人体旋转照射，在 照射部位会得到类似照射部位会得到类似CTCT断层影像的适形剂量分布。断层影像的适形剂量分布。根据调强根据调强 的概念，首先要根据病变的概念，首先要根据病变( (靶区靶区) )及周围重要器官和组织的三及周围重要器官和组织的三 维解剖，利用计划系统计算出射野照射方向上应有的强度分维解剖，利用计划系统计算出射野照射方向上应有的强度分 布，它是常规治疗计划设计的逆过程，称为逆向计划设计布，它是常规治疗计划设计的逆过程，称为逆向计划设计 第二节第二节 适形放射治疗的临床价值适形放射治疗的临床价值 适形治

11、疗概念的提出和进行临床研究，始于适形治疗概念的提出和进行临床研究，始于19591959年。年。 适形治疗的结果是适形治疗的结果是: :高剂量分布区与靶区的三维形状的高剂量分布区与靶区的三维形状的 适合度较常规治疗大有提高；进一步减小了周围正常组适合度较常规治疗大有提高；进一步减小了周围正常组 织和器官卷入射野的范围。这已在鼻咽癌、前列腺癌、织和器官卷入射野的范围。这已在鼻咽癌、前列腺癌、 非小细胞肺癌等三维适形治疗与常规治疗的研究比较中非小细胞肺癌等三维适形治疗与常规治疗的研究比较中 得以证实。因靶区剂量分布的改善和靶周围正常组织受得以证实。因靶区剂量分布的改善和靶周围正常组织受 照范围的减小

12、，可导致靶区处方剂量的进一步提高和周照范围的减小，可导致靶区处方剂量的进一步提高和周 围正常组织并发症的减低，并且在上述几种癌瘤的临床围正常组织并发症的减低，并且在上述几种癌瘤的临床 增量计划研究中得以证实。理论认为，靶区剂量提高，增量计划研究中得以证实。理论认为，靶区剂量提高， 必然导致肿瘤局部控制率的提高，进而提高生存率。必然导致肿瘤局部控制率的提高，进而提高生存率。 放射治疗在肿瘤治疗中的地位放射治疗在肿瘤治疗中的地位 癌症治疗五年生存率癌症治疗五年生存率 1990s1990s193019301960196019901990 5%5%15%15%30%30%45%45% 外科手术外科手术

13、22%22% 放射治疗放射治疗18%18% 化学治疗化学治疗5%5% 原发肿瘤未控原发肿瘤未控18%18% 远地转移未控远地转移未控37%37% 合计合计45%45% 55%55%未根治的癌症患者的死亡原因未根治的癌症患者的死亡原因 手术、放疗、化疗三大手段对癌症治愈率的相对贡献手术、放疗、化疗三大手段对癌症治愈率的相对贡献 IMRTIMRT提高癌症患者生存率的假设提高癌症患者生存率的假设 肿瘤局部控制的最低剂量肿瘤局部控制的最低剂量 （Fletcher 1973Fletcher 1973） 大量临床报告证明大量临床报告证明: :高剂量照射会提高肿瘤的局高剂量照射会提高肿瘤的局 部控制率和无瘤

14、生存率部控制率和无瘤生存率 3D3D适形照射和双侧等中心旋转标准照射治疗前列腺癌的有关剂量学参数的比较适形照射和双侧等中心旋转标准照射治疗前列腺癌的有关剂量学参数的比较 对比参数对比参数3DCRT3DCRTSRTSRT 观察例数观察例数87878787 靶区靶区 剂量高于靶处方剂量的体积（剂量高于靶处方剂量的体积（% %）92.992.913.913.992.992.910.810.8 ICRU ICRU 剂量（靶处方剂量）剂量（靶处方剂量）(Gy )(Gy )69.169.12.62.669.269.22.62.6 肿瘤最低剂量肿瘤最低剂量(Gy) (Gy) 66.366.35.35.363

15、.563.58.68.6 肿瘤平均剂量肿瘤平均剂量(Gy)(Gy)69.869.82.62.669.769.72.82.8 肿瘤最高剂量肿瘤最高剂量(Gy)(Gy)71.771.72.42.471.371.32.82.8 危及器官危及器官 剂量高于或等于剂量高于或等于65 Gy65 Gy的直肠体积的直肠体积(%) (%) 33.733.715.015.062.762.721.021.0 剂量高于或等于剂量高于或等于70Gy70Gy的直肠体积的直肠体积(%)(%)8.58.511.811.828.828.828.928.9 剂量高于或等于剂量高于或等于65 Gy65 Gy的膀胱体积的膀胱体积(%

16、) (%) 22.322.312.512.550.550.522.822.8 剂量高于或等于剂量高于或等于70Gy70Gy的膀胱体积的膀胱体积(%)(%)6.36.38.48.419.419.424.424.4 适形放射治疗的临床研究适形放射治疗的临床研究 肿瘤对放射线的抗拒和肿瘤的个体差异，造成剂量响肿瘤对放射线的抗拒和肿瘤的个体差异，造成剂量响 应曲线随剂量继续增加变得平坦，会减弱由于靶剂量应曲线随剂量继续增加变得平坦，会减弱由于靶剂量 增加带来的治疗增益的提高；但由于三维适形治疗使增加带来的治疗增益的提高；但由于三维适形治疗使 靶区外周靶区外周( (边缘边缘) )剂量得到提高，靶剂量的提

17、高总体上剂量得到提高，靶剂量的提高总体上 能提高局部控制率。同样，因肿瘤局部控制率的提高，能提高局部控制率。同样，因肿瘤局部控制率的提高， 也会因肿瘤的远地转移减少而提高生存率。也会因肿瘤的远地转移减少而提高生存率。 适形放射治疗的临床价值适形放射治疗的临床价值 临床适应症临床适应症 肿瘤局部控制失败占主要的癌瘤肿瘤局部控制失败占主要的癌瘤 因肿瘤局部控制失败导致远地转移的癌瘤因肿瘤局部控制失败导致远地转移的癌瘤 解剖结构复杂、形状比较复杂，特别是凹解剖结构复杂、形状比较复杂，特别是凹 形靶区形靶区; ; 或多靶点的肿瘤的治疗或多靶点的肿瘤的治疗 常规放疗疗效很好，希望进一步减少放射常规放疗疗

18、效很好，希望进一步减少放射 并发症和改进患者疗后的生存质量并发症和改进患者疗后的生存质量 IMRTIMRT原理原理 凸形靶区凸形靶区 凹形靶区凹形靶区 IMRTIMRT（IMPTIMPT） Photon IMRTPhoton IMRTProton IMRTProton IMRT 逆向设计与射野强度分布逆向设计与射野强度分布 剂量计算剂量计算 调强治疗实现方式分类调强治疗实现方式分类 第三节第三节 调强的方式与实现调强的方式与实现 根据病变（靶区）及周围重要器官和根据病变（靶区）及周围重要器官和 组织的三维解剖，利用优化设计算法，组织的三维解剖，利用优化设计算法， 借助计划系统计算出射野照射方向

19、上借助计划系统计算出射野照射方向上 的应需要的的应需要的强度强度（照射时间或机器跳（照射时间或机器跳 数）分布数）分布 补偿器补偿器 原用于原用于 人体曲人体曲 面和不面和不 均匀组均匀组 织的补织的补 偿。用偿。用 于调强于调强 的二维的二维 补偿器补偿器 具有更具有更 广泛的广泛的 意义。意义。 由具有逆向计划设计的计划系统，提供每个射野的强度分布（由具有逆向计划设计的计划系统，提供每个射野的强度分布（ijij），）， 然后转换成补偿材料的厚度（然后转换成补偿材料的厚度（tijtij），输出给），输出给PCPC控制的补偿生成器，进控制的补偿生成器，进 行补偿器的制作。调强补偿器可作为射野挡

20、块的一部分，放置于治疗机行补偿器的制作。调强补偿器可作为射野挡块的一部分，放置于治疗机 的挡块托架上。的挡块托架上。 a.a.一维补偿器一维补偿器 一维契形板，二一维契形板，二 维补偿器的一特维补偿器的一特 例。例。 b.b.铝块或铅片铝块或铅片 叠放式补偿器叠放式补偿器 不同厚度的铝方不同厚度的铝方 块或铅片按强度块或铅片按强度 分布或组织厚度分布或组织厚度 分布人工叠放分布人工叠放 c.c.补偿器生成器生补偿器生成器生 成的二维补偿器成的二维补偿器 二维物理补偿器技术具有可靠、易于质量保证（质量控制）工作。二维物理补偿器技术具有可靠、易于质量保证（质量控制）工作。 但因每个野都需要使用补偿

21、器，给模室制作和治疗摆位都带来不但因每个野都需要使用补偿器，给模室制作和治疗摆位都带来不 便。补偿器作为一种滤过器，也会影响原射线的能谱分布。便。补偿器作为一种滤过器，也会影响原射线的能谱分布。但仍但仍 是目前用得最为广泛的调强器。是目前用得最为广泛的调强器。 其特征是每个子野照射完毕后，照射切断，其特征是每个子野照射完毕后，照射切断，MLCMLC调到另一调到另一 个子野，再继续照射，直到所有子野照射完毕。所有子野个子野，再继续照射，直到所有子野照射完毕。所有子野 的流强相加，形成要求的强度分布。的流强相加，形成要求的强度分布。 MLCMLC静态静态 调强调强是将是将 射野要求射野要求 的强度

22、分的强度分 布进行分布进行分 级，利用级，利用 MLCMLC形成形成 的多个子的多个子 野进行分野进行分 步照射。步照射。 MLCMLC静态调强由于每个子野照射结束后，射线必须切断，静态调强由于每个子野照射结束后，射线必须切断， 才能转到下一个子野。这样因加速器的射线的才能转到下一个子野。这样因加速器的射线的“ONON”、 “OFFOFF”动作，影响剂量率的稳定性，因此它只能在带有动作，影响剂量率的稳定性，因此它只能在带有 “栅控栅控”电子枪的新型加速器上才可能实现这种照射。电子枪的新型加速器上才可能实现这种照射。 调强实现方法调强实现方法 调强治疗实现方法分类调强治疗实现方法分类 MLCML

23、C动态调强是利用多叶动态调强是利用多叶 准直器的互相对应的一对准直器的互相对应的一对 叶片的相对运动，实现对叶片的相对运动，实现对 射野强度的调节。该技术射野强度的调节。该技术 的特征是叶片运动过程中，的特征是叶片运动过程中， 射线一直处于射线一直处于“ONON”的位的位 置。叶片运动的特点是一置。叶片运动的特点是一 对相对叶片总是向一个方对相对叶片总是向一个方 向运动。向运动。 相对的两个叶片中，有一片称为引导片（相对的两个叶片中，有一片称为引导片（Leading LeafLeading Leaf），先），先 运动到一个位置；然后另一片称为跟随片（运动到一个位置；然后另一片称为跟随片（Tra

24、iling LeafTrailing Leaf），）， 按选定的速度运动，给出各点所需的强度。此技术在文献中有按选定的速度运动，给出各点所需的强度。此技术在文献中有 不同的称呼，如相机快门技术、叶片跟随技术和滑窗技术等。不同的称呼，如相机快门技术、叶片跟随技术和滑窗技术等。 调强实现方法调强实现方法 调强治疗实现方法分类调强治疗实现方法分类 MLCMLC螺旋调强技术综合了螺旋调强技术综合了MLCMLC动态调强技术、动态调强技术、MLCMLC断断 层治疗技术和层治疗技术和MLCMLC静态调强技术的特点。在整个照静态调强技术的特点。在整个照 射过程中，治疗机机架绕患者作射过程中，治疗机机架绕患者作

25、N N次等中心旋转；次等中心旋转； 每一次旋转过程中，每一次旋转过程中，MLCMLC不断（一般每间隔不断（一般每间隔5 5）改）改 变射野的大小和形状，完成一组变射野的大小和形状，完成一组“子野子野”的照射。的照射。 因为因为MLCMLC旋转调强时旋转调强时MLCMLC运动的范围和次数都低于运动的范围和次数都低于 MLCMLC动态调强和动态调强和MLCMLC静态调强，效率较高。静态调强，效率较高。 调强实现方法调强实现方法 断层治疗技术，因模拟断层治疗技术，因模拟X X射线计算机断层技术而得名，它是利用特射线计算机断层技术而得名，它是利用特 殊设计的殊设计的MLCMLC形成的扇形束绕患者体纵轴

26、（此轴一般与加速器机架形成的扇形束绕患者体纵轴（此轴一般与加速器机架 旋转轴一致）旋转照射，完成一个切片治疗。然后利用床的步进，旋转轴一致）旋转照射，完成一个切片治疗。然后利用床的步进， 完成下一个切片的治疗。本方法类似于英国完成下一个切片的治疗。本方法类似于英国GreenGreen氏在氏在2020世纪世纪6060年年 代倡导的循迹扫描技术。按床的行进方式的不同，在美国的两个不代倡导的循迹扫描技术。按床的行进方式的不同，在美国的两个不 同地方，分别独立地发展了两种不同的断层治疗方式：步进同地方，分别独立地发展了两种不同的断层治疗方式：步进 （IndexIndex）方式和螺旋（）方式和螺旋（Sp

27、iralSpiral）方式。）方式。 调强治疗实现方法分类调强治疗实现方法分类 螺旋方式是采取螺旋螺旋方式是采取螺旋CTCT扫描方扫描方 式，机架边旋转，治疗床边缓式，机架边旋转，治疗床边缓 缓前进，实现扇形束的调强切缓前进，实现扇形束的调强切 片治疗。片治疗。 步进式是在每次旋转照射完毕步进式是在每次旋转照射完毕 后，床步进一段距离。后，床步进一段距离。 调强实现方法调强实现方法 调强治疗实现方法分类调强治疗实现方法分类 电磁偏转扫描技术是实现调强治电磁偏转扫描技术是实现调强治 疗的最好方法。它具有疗的最好方法。它具有X X光子的光子的 利用率很高，治疗时间短的突出利用率很高，治疗时间短的突

28、出 优点，而且可实现电子束、质子优点，而且可实现电子束、质子 束的调强治疗。因束的调强治疗。因MM50MM50型电子回型电子回 旋加速器能够提供品质好的能量旋加速器能够提供品质好的能量 束流，能谱窄、能量单一的高能束流，能谱窄、能量单一的高能 X X射线和高能电子束，利用电子射线和高能电子束，利用电子 束的电磁偏转，实现方向可变、束的电磁偏转，实现方向可变、 强度各异的强度各异的X X射线和电子束的调射线和电子束的调 强笔型束的扫描式照射。强笔型束的扫描式照射。 调强实现方法调强实现方法 调强治疗实现方法分类调强治疗实现方法分类 一种新型的二维调强准直器。它由一种新型的二维调强准直器。它由N

29、N* *N N 个准直器单元组成（每个单元形成一个个准直器单元组成（每个单元形成一个 单元野），类似于棋盘式的结构，称为单元野），类似于棋盘式的结构，称为 棋盘式准直器。准直器单元分为全阻挡棋盘式准直器。准直器单元分为全阻挡 单元和全开放单元两种，每个单元在等单元和全开放单元两种，每个单元在等 中心处的射野为中心处的射野为5mm5mm* *5mm5mm或或10mm10mm* *10mm10mm， 它们的几何形状，在放射源（它们的几何形状，在放射源（X X射线靶）射线靶） 处聚焦。全阻挡单元由处聚焦。全阻挡单元由12cm12cm厚的固体射厚的固体射 线衰减材料制成，不让射线穿过。全开线衰减材料制

30、成，不让射线穿过。全开 放单元全部露空，对射线无阻挡。放单元全部露空，对射线无阻挡。 照射时，通过气泵向露空单元内按预定照射时，通过气泵向露空单元内按预定 方式充入一定厚度的水银（补偿器厚方式充入一定厚度的水银（补偿器厚 度），完成一次照射；然后准进器平移度），完成一次照射；然后准进器平移 一个单元的位置，或旋转一个单元的位置，或旋转9090角，露空角，露空 单元和阻挡单元互换位置，再照射一次，单元和阻挡单元互换位置，再照射一次， 完成调强过程。该种准直器具有简单、完成调强过程。该种准直器具有简单、 可靠、易于剂量控制和射野验证等突出可靠、易于剂量控制和射野验证等突出 优点。但可能因水银蒸发引

31、起水银气污优点。但可能因水银蒸发引起水银气污 染，一直未被染，一直未被FDAFDA批准临床应用。目前批准临床应用。目前 正在积极开发和研制类似的新型的二进正在积极开发和研制类似的新型的二进 制的固体调强准直器，主要思路是将棋制的固体调强准直器，主要思路是将棋 盘准直器中的全阻挡单元分成上、下两盘准直器中的全阻挡单元分成上、下两 层，靠上、下层阻挡块的平移调整露空层，靠上、下层阻挡块的平移调整露空 单元野下的剂量，实现调强。单元野下的剂量，实现调强。 调强实现方法调强实现方法 调强治疗实现方法分类调强治疗实现方法分类 作为作为MLCMLC的一个特例，独的一个特例，独 立准直器可看作是两对立准直器

32、可看作是两对 互相垂直的独立的互相垂直的独立的MLCMLC叶叶 片。利用它们的相对运片。利用它们的相对运 动，也可以实现调强。动，也可以实现调强。 其方法类似于静态调强其方法类似于静态调强 技术，将射野分成若干技术，将射野分成若干 个矩形子野，进行分步个矩形子野，进行分步 照射。因子野总是矩形照射。因子野总是矩形 野，照射效率比静态调野，照射效率比静态调 强技术的低得多。强技术的低得多。 与现今流行的调强技术相比，与现今流行的调强技术相比，ICIC静态调强具有下述优点：（静态调强具有下述优点：（1 1）因）因 ICIC已成为新一代加速器的标准配置，已成为新一代加速器的标准配置，ICIC比比ML

33、CMLC更为经济；（更为经济；（2 2）与）与 MLCMLC相比，没有凹凸槽效应，漏射线和射野半影都较小；（相比，没有凹凸槽效应，漏射线和射野半影都较小；（3 3）ICIC运运 动要比动要比MLCMLC运动更为可靠，故障机会大为减少。运动更为可靠，故障机会大为减少。WebbWebb氏最近提出氏最近提出ICIC 技术加调强补偿片（技术加调强补偿片（MASKMASK）方法，可将其照射效率大大提高。目前）方法，可将其照射效率大大提高。目前 该技术正在发展中。该技术正在发展中。 调强实现方法调强实现方法 调强治疗实现方法分类调强治疗实现方法分类 条形挡块移动技术是利用一个条形挡块移动技术是利用一个 长

34、条吸收体横跨平野，以不同长条吸收体横跨平野，以不同 速度运动，形成一维强度分布。速度运动，形成一维强度分布。 长条吸收体由计算机控制，连长条吸收体由计算机控制，连 同驱动电机一起构成的附件，同驱动电机一起构成的附件， 直接放入加速器的挡块托架上。直接放入加速器的挡块托架上。 第四节第四节 三维适形放疗对设备的要求三维适形放疗对设备的要求 放射治疗全过程包括病变放射治疗全过程包括病变( (靶区靶区) )和重要器官及组织的空间定位、和重要器官及组织的空间定位、 治疗计划设计、治疗方案的模拟及治疗方案的实施四个阶段。治疗计划设计、治疗方案的模拟及治疗方案的实施四个阶段。 7070年代年代CTCT的出

35、现给放射治疗的肿瘤定位提供了一种较有效的的出现给放射治疗的肿瘤定位提供了一种较有效的 和较精确的工具，特别对轮廓的勾画和组织密度和较精确的工具，特别对轮廓的勾画和组织密度( (通过通过CTCT值转换值转换) ) 为放疗医师、放射物理师提供了第一手的资料。但因常规为放疗医师、放射物理师提供了第一手的资料。但因常规CTCT只能只能 提供两维的信息，病变提供两维的信息，病变( (靶区靶区) )、器官和组织的三维结构是在治疗、器官和组织的三维结构是在治疗 计划系统中通过简单的坐标叠加和勾画形成，这样形成的三维轮计划系统中通过简单的坐标叠加和勾画形成，这样形成的三维轮 廓的精确性随廓的精确性随CTCT扫

36、描层厚和间距的加大而变劣，改进的方法是利扫描层厚和间距的加大而变劣，改进的方法是利 用现代的螺旋用现代的螺旋CTCT和三维重建技术。和三维重建技术。配有立体定位框架的螺旋配有立体定位框架的螺旋CTCT将将 是作三维适形放疗是作三维适形放疗(3DCRT)(3DCRT)的一种必备的工具，因为它能提供直的一种必备的工具，因为它能提供直 接的准确的病变接的准确的病变( (靶区靶区) )及器官的三维信息。及器官的三维信息。为放射治疗定位目的，为放射治疗定位目的， MRIMRI是作为是作为CTCT定位的一种辅佐工具。为此，需要发展定位的一种辅佐工具。为此，需要发展CTCT与与MRIMRI图像图像 的融合技

37、术的融合技术( (软件技术软件技术) )。 像常规放疗一样，三维适形放疗也需要分次照射像常规放疗一样，三维适形放疗也需要分次照射。保证从肿瘤。保证从肿瘤 定位到每天重复照射时体位的精确重复是实施三维适形放疗的定位到每天重复照射时体位的精确重复是实施三维适形放疗的 根本措施。采用精确的治疗体位的固定技术，不仅使适形放疗根本措施。采用精确的治疗体位的固定技术，不仅使适形放疗 具有实际的临床意义，而且能够进一步的缩小计划靶区（具有实际的临床意义，而且能够进一步的缩小计划靶区（PTVPTV） 的范围，使它更加接近于临床靶区（的范围，使它更加接近于临床靶区（CTVCTV）。因此，三维适形）。因此，三维适

38、形 放疗过程中必须采用立体定向定位摆位框架。否则，就不能保放疗过程中必须采用立体定向定位摆位框架。否则，就不能保 证治疗过程中患者坐标系的一致性。证治疗过程中患者坐标系的一致性。 治疗计划设计治疗计划设计是放射治疗过程中极其重要的一环，在治疗计划系统是放射治疗过程中极其重要的一环，在治疗计划系统 ( (一种专用电子计算机一种专用电子计算机) )中进行。治疗计划系统的主要功能是接受中进行。治疗计划系统的主要功能是接受 CT/MRICT/MRI输出的图像输出的图像( (通过网络、中间介质等通过网络、中间介质等) )，病变（靶区）及重要器，病变（靶区）及重要器 官和组织轮廓的勾画及重建，制订一个优化

39、的治疗方案，输出治疗方官和组织轮廓的勾画及重建，制订一个优化的治疗方案，输出治疗方 案的细节以及实施该治疗方案所需的治疗辅助工具（如挡块、组织补案的细节以及实施该治疗方案所需的治疗辅助工具（如挡块、组织补 偿等）制作细节。目前国内外市场上销售的治疗计划系统名目繁多，偿等）制作细节。目前国内外市场上销售的治疗计划系统名目繁多， 但都是二维系统，加上三维图像处理和显示软件后称其为两维半系统，但都是二维系统，加上三维图像处理和显示软件后称其为两维半系统， 其主要缺点是：其主要缺点是： （1 1）由于）由于CT/MRICT/MRI信息为两维的，加上两维图像的简单坐标叠加，不信息为两维的，加上两维图像的

40、简单坐标叠加，不 能给出准确的三维影像，造成病变（靶区）定位的失真和畸变。能给出准确的三维影像，造成病变（靶区）定位的失真和畸变。 （2 2）对体内不均匀组织密度对剂量分布影响的处理较为简单，剂量）对体内不均匀组织密度对剂量分布影响的处理较为简单，剂量 计算的精度不高。计算的精度不高。 （3 3）由于没有采用逆向算法，优化设计很困难，甚至变得不可能。）由于没有采用逆向算法，优化设计很困难，甚至变得不可能。 适合调强适形放疗的治疗计划系统必须克服上述三大缺点，还必适合调强适形放疗的治疗计划系统必须克服上述三大缺点，还必 须具有下述几大特征：须具有下述几大特征： （1 1）不仅要采用较为精确的（正

41、向）剂量算法（特别是对散射）不仅要采用较为精确的（正向）剂量算法（特别是对散射 线的处理），还必须有逆向算法。线的处理），还必须有逆向算法。 （2 2）必须具有三维数字图像重建（）必须具有三维数字图像重建（DDRDDR）功能。）功能。 （3 3）不仅冠状、矢状、横断及任意斜切面图像及剂量分布显示）不仅冠状、矢状、横断及任意斜切面图像及剂量分布显示 功能，还必须有射野方向观视（功能，还必须有射野方向观视（BEVBEV）和医生方向观视（）和医生方向观视（REVREV）的）的 功能。功能。 （4 4）安排和设计射野时，必须具有模拟类似常规模拟定位机的）安排和设计射野时，必须具有模拟类似常规模拟定位机

42、的 射野选择功能，包括准直器种类（对称式、独立式、多叶准直器）射野选择功能，包括准直器种类（对称式、独立式、多叶准直器） 和大小、放置射野挡块和楔形板等。和大小、放置射野挡块和楔形板等。 （5 5）治疗方案确认后，能够将射野条件传送到）治疗方案确认后，能够将射野条件传送到CTCT机上进行治疗模机上进行治疗模 拟。此过程称之为拟。此过程称之为CTCT模拟（模拟（CT SimulationCT Simulation）。）。CTCT模拟机是一台专模拟机是一台专 为放射治疗设计的专用的为放射治疗设计的专用的CTCT机，包括机，包括CTCT机、专用模拟软件和定位机、专用模拟软件和定位 系统。其特点是：扫

43、描孔径（系统。其特点是：扫描孔径（FOVFOV）必须很大，允许不同体位的患）必须很大，允许不同体位的患 者作者作CTCT扫描；床面必须与治疗的床面一样，同时附有安装治疗体扫描；床面必须与治疗的床面一样，同时附有安装治疗体 位固定器的辅助装置；带有射野模拟的三维激光模拟系统；因此，位固定器的辅助装置；带有射野模拟的三维激光模拟系统；因此， 计划系统必须能实现与计划系统必须能实现与CTCT模拟的通信。专用模拟软件既可以单独模拟的通信。专用模拟软件既可以单独 成系统，也可以成为成系统，也可以成为3D3D治疗计划系统的一部分。治疗计划系统的一部分。 (6)(6)治疗方案确认后，治疗条件能够传送到治疗机

44、的计算机，包括治疗方案确认后，治疗条件能够传送到治疗机的计算机，包括 机架、准直器、治疗床的转角与范围；射野大小、方向、多叶准机架、准直器、治疗床的转角与范围；射野大小、方向、多叶准 直器的叶片位置；照射过程中叶片的运动范围及速度等。直器的叶片位置；照射过程中叶片的运动范围及速度等。 (7)(7)治疗方案确认后，治疗的辅助装置如射野挡块、组织补偿等的治疗方案确认后，治疗的辅助装置如射野挡块、组织补偿等的 参数能传送到相应的装置制作器上。参数能传送到相应的装置制作器上。 (8)(8)能够接收和比较治疗机射野影像系统传送来的射野确认图像。能够接收和比较治疗机射野影像系统传送来的射野确认图像。 治疗

45、机是实现精确治疗的关键设备。医用电子加速器主要有电子治疗机是实现精确治疗的关键设备。医用电子加速器主要有电子 回旋加速器和电子直线加速器两种，它们既可产生治疗深部肿瘤回旋加速器和电子直线加速器两种，它们既可产生治疗深部肿瘤 的的MVMV级级X X射线，亦可产生治疗表浅肿瘤的射线，亦可产生治疗表浅肿瘤的MeVMeV级电子束。医用电子级电子束。医用电子 回旋加速器以回旋加速器以MM5OMM5O为代表，成为为代表，成为X X射线、电子束三维适形放射治射线、电子束三维适形放射治 疗的新一代治疗机。医用电子直线加速器在功能和技术上均有显疗的新一代治疗机。医用电子直线加速器在功能和技术上均有显 著的进展，

46、表现为著的进展，表现为: :采用复合靶、复合均整块和电子扫描系统改采用复合靶、复合均整块和电子扫描系统改 善了善了X X射线和电子束的剂量分布特性；采用能量开关或功率分配射线和电子束的剂量分布特性；采用能量开关或功率分配 技术获得能谱相同的高低两档技术获得能谱相同的高低两档X X射线和实现射线和实现X X射线能量的连续调节；射线能量的连续调节； 采用独立运动准直器，实现非共面相邻野的剂量衔接和产生动态采用独立运动准直器，实现非共面相邻野的剂量衔接和产生动态 虚拟楔形板。虚拟楔形板。适合调强适形放疗的电子加速器除具备上述的先进适合调强适形放疗的电子加速器除具备上述的先进 功能外，还必须具备多叶准

47、直器及控制功能外，还必须具备多叶准直器及控制MLCMLC运动的计算机系统。运动的计算机系统。 MLCMLC运动包括在照射方向上射野大小和形状的自动设置和在照射运动包括在照射方向上射野大小和形状的自动设置和在照射 过程中叶片能按预定要求调节射野内的输出剂量率。为配合动态过程中叶片能按预定要求调节射野内的输出剂量率。为配合动态 治疗和非共面动态旋转，要求治疗机的机架、准直器和治疗床在治疗和非共面动态旋转，要求治疗机的机架、准直器和治疗床在 照射过程中实现计算机控制的联合运动。照射过程中实现计算机控制的联合运动。 计算机控制的适形放疗计算机控制的适形放疗 治疗证实是治疗准确执行的重要保证治疗证实是治

48、疗准确执行的重要保证，包括治疗条件的验证与记录，包括治疗条件的验证与记录验证记录验证记录 系统，照射中射野及体位的监测系统，照射中射野及体位的监测射野影像系统；患者体内剂量监测射野影像系统；患者体内剂量监测活体剂活体剂 量测量系统等。量测量系统等。 在适形治疗的模式下，通过电子计算机构成的网络系统，将上述系统连成在适形治疗的模式下，通过电子计算机构成的网络系统，将上述系统连成 一体，可实现高精度的病变一体，可实现高精度的病变( (靶区靶区) )及器官的三维定位，高精度的计划设计及器官的三维定位，高精度的计划设计( (包包 括剂量计算括剂量计算) )和高精度的治疗。整个治疗过程中必须保证从和高精

49、度的治疗。整个治疗过程中必须保证从CTCT定位到加速器治定位到加速器治 疗的整个过程中患者体位的一致。疗的整个过程中患者体位的一致。 未来的问题未来的问题 Whereas IMRT may have initiated the Whereas IMRT may have initiated the beginning of the end relative to beginning of the end relative to physical conformality in radiotherapy, physical conformality in radiotherapy, biolog

50、ical imaging may launch the biological imaging may launch the beginning of a new era of biological beginning of a new era of biological conformality.conformality.调强治疗表明物理优化适形剂调强治疗表明物理优化适形剂 量分布已达顶峰，而生物影像技术宣布生物量分布已达顶峰，而生物影像技术宣布生物 优化适形治疗新时代的开始。优化适形治疗新时代的开始。 C. CLIFTON LING C. CLIFTON LING 第十一章第十一章 调强适形

51、放射治疗调强适形放射治疗 放射治疗与手术治疗一样是一种局部治疗手段，放射治疗与手术治疗一样是一种局部治疗手段， 其追求的目标是提高放射治疗的治疗增益此，即最大其追求的目标是提高放射治疗的治疗增益此，即最大 限度地将剂量集中到病变限度地将剂量集中到病变( (靶区靶区) )内，杀灭肿瘤细胞，内，杀灭肿瘤细胞， 而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射。而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射。 X X射线立体定向治疗和高能质子治疗的临床成功经验射线立体定向治疗和高能质子治疗的临床成功经验 揭示与证明，采用物理手段改善病变揭示与证明，采用物理手段改善病变( (靶区靶区) )与周围正与周围正

52、常组织和器官的剂量分布，能够有效地提高治疗增益。常组织和器官的剂量分布，能够有效地提高治疗增益。 适形放射治疗定义适形放射治疗定义 适形治疗适形治疗(Conformal Therapy)(Conformal Therapy)是一种提高治疗增益的是一种提高治疗增益的 较为有效的较为有效的物理措施物理措施。适形放射治疗为一种治疗技术，。适形放射治疗为一种治疗技术， 使得：使得：高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的 形状一致。形状一致。从这个意义上讲，学术界将它称为三维适形从这个意义上讲，学术界将它称为三维适形 放射治疗放射治疗(3DCRT) (3DC

53、RT) 第一节第一节 适形放射治疗的分类及历史发展适形放射治疗的分类及历史发展 适形放射治疗的分类适形放射治疗的分类 经典适形放射治疗经典适形放射治疗 （Classical Conformal Radiation TherapyClassical Conformal Radiation Therapy） 只满足第一个必要条件只满足第一个必要条件 调强适形放射治疗调强适形放射治疗 （Intensity-Modulated Radiation Therapy, Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRTIMRT） 同时满足两个必要条件同时满足两个必要条件 调强适形放射治疗的历史调强适形放射治疗的历史 早在早在19591959年日本的年日本的TakahashiTakahashi医师提出了适形放射治疗的医师提出了适形放射治疗的 概念。概念。TakahashiTakahashi医师及其同事设计了一套机械控制系统，医师及其同事设计了一套机械控制系统， 用它来控制多叶准直器，在围绕患者旋转照射时射野形用它来控制多叶准直器，在围绕患者旋转照射时射野形 状与靶区的形状一致。状与靶区的形状一致。ProimosProimos