放射物理学课件：临床放射治疗技术

1、主讲内容一 肿瘤放射物理的概论二 常用放射源及其射线的物理特性三 放射线的临床剂量学特性四 临床放射线的测量和质量控制项目五. 临床放射治疗技术五. 临床放射治疗技术放射治疗的基本原则和目的 尽可能的提高肿瘤组织剂量；尽可能减少正常组织剂量治疗增益比= 肿瘤组织（靶区）所受剂量放射治疗的目的 正常组织所受剂量正常组织与癌细胞对放射损伤敏感性的差异正常组织与癌细胞对放射损伤敏感性的差异五. 临床放射治疗技术肿瘤放射治疗的方式：近距离照射： 是腔内放射治疗和组织间放射治疗的总称。它是指将密封的放射源连同相应的治疗器具施源器，置放于人体腔管肿瘤附近或经插针植入瘤体内的治疗技术，其基本特征是放射源贴近

2、肿瘤组织，肿瘤组织可以得到有效的杀伤剂量，而临近的正常组织，由于辐射剂量随剂量增加而迅速跌落，受量较低。五. 临床放射治疗技术肿瘤放射治疗的方式：体外照射两者相比有四个区别： （1）近距离照射，其放射源活度较小（几个mCi10Ci），而且治疗距离较短（5mm5cm） （2）体外照射，其放射线的能量大部分被准直器、 限束器等屏蔽，只有少部分到达组织。 近距离照射则相反，其放射线的能量大部分被组织吸收。 （3）体外照射，其放射线必须经过皮肤和正常组织才能到达肿瘤，肿瘤剂量受到皮肤和正常 组织耐受剂量的限制，为了得到高的均匀的肿瘤剂量，需要选择不同能量的射线和采用 多野照射技术。（4）由于受距离平方

3、反比定律的影响，在腔内组织间近距离照射中，离放射源近的组织剂量 相当高离放射源远的组织剂量较低，因此其靶区剂量分布的均匀性远比体外照射的差，五. 临床放射治疗技术外照射放射治疗技术种类：五. 临床放射治疗技术立体定向放射治疗（ stereotactic radiotherapy，简称SRT ） 是指采取等中心技术，采用几何聚焦原理，把窄束放射线从不同方向定向准直照射颅内病灶在病中心（靶点）形成大剂量聚焦，在短时间内将病灶击毁而靶点之外的健康组织所受到的照射剂量却很小，从而达到了比手术切除更好的效果如为小野三维集束单次大剂量照射病变 ，则又称为立体定向放射外科stereotactic radio

4、surgery，简称SRS 。在治疗过程中，病人无出血、无感染、无痛苦照射一次就达到了手术效果 根据其使用的射线不同(线或线)故称为刀或刀。犹如外科手术刀切除病灶一样。直径3cm立体定向放射治疗五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy) ： 在照射方向上，照射野的形状与病变(靶区)的形状一致，并且每一个射野内诸点的输入剂量率能按要求的方式进行调整，使靶区内及表面的剂量处处相等，以达到高剂量区剂量分布的形状在三维(立体)方向上与靶区的实际形状一致。仅满足第一个条件的为三维适形放射治疗 (three-dim

5、ensional conformal radiation therapy,3DCRT) 五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗调强放射治疗 剂量学优点： 可使高剂量区分布，在3D空间上更接近靶区的实际形状， 特别是当靶区形状为凸型及凹型时, 非IMRT技术无法实现 靶区边缘剂量梯度差可较常规放疗更锐利(8-18%/mm) 一次照射过程中可以给不同的靶区以不同的剂量。五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗五. 临床放射治疗技术IMRT是利用多个照射野、众多子野，调整射野内诸

6、点的输入剂量率，其结果可达到高剂量区的分布和PTV形状完全一致 调强适形放射治疗调强束常见常见的实现方式电动多叶光栅调强技术 ML静态调强 MLC动态调强动态弧形调强技术 断层调强技术五. 临床放射治疗技术MLC静态调强： Stop & Shot 该技术是把每个照野的强度分级，并把每一照野分为多个子野(Segments)依次进行叠加式照射，每一个子野完成后射束处于”off状态，MLC变换模式完成后，加速器再处于出束状态照射 优点： 容易对计划进行验证 缺点： 射线利用率低 费时间 调强适形放射治疗调强束常见常见的实现方式五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗调强束常见常见的实现方式MLC动态

7、调强(Dynamic）： 通过计算机控制两对叶片(引导片和跟随片)的相向运动由于两对叶片的相对位置、运动速度和停留时间不同实现调强技术, 机架角度不变时，在每个子野治疗的过程中，MLC在照射过程中不断自动变换模式射束始终处于“on”状态 优点：自动化程度高, 速度快 缺点：浪费射线 验证较困难 五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗调强束常见常见的实现方式旋转照射野实现调强(Intensity Modulating Arc Therapy IMAT) 是在机架旋转的同时，由MLC形成的射野形状始终处于不断的变化状态,一般为每5-10自动变换照射野的形状,照射弧的数目由所照射靶区的强度分级决定

8、, 每一条照射弧对应一个子野优点：不存在衔接野剂量的冷热点 射线利用率高缺点：对TPS 的技术要求更高 计划验证有一定困难五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗调强束常见常见的实现方式螺旋式断层照射调强技术（spiral or Helical Tometherapy ） 螺旋式断层照射其原理类似螺旋CT扫描，射束在机架上由64个叶片组成，在治疗过程中人体沿长轴方向连续运动通过环形机架时,扇形束呈不间断的360绕病人旋转照射优点 不存在照射野衔接处剂量的冷热点 该系统可集肿瘤诊断、定位、计划设计缺点 治疗技术实施太困难 设备造价高输入患者一般信息和图像登记和配准图像定义解剖结构给定处方剂量要求

9、实施计划(即治疗)验证治疗计划调整射野参数评价治疗计划，计划是否满意放射治疗计划的设计流程是否 调强适形放射治疗五. 临床放射治疗技术五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程 CT定位.扫描五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程勾画靶区、危及器官、制定处方剂量肿瘤靶区GTV（gross tumor volume）：是指通过临床检查和影像学检查能够确定的肿瘤范围包括原发肿瘤肉眼肿瘤区；区域淋巴结转移肉眼肿瘤区；远处转移肉眼肿瘤区临床靶区CTV（clinical target volume）

10、：指包括GTV和肿瘤周围亚临床浸润的区域。CTV=GTV+亚临床病灶浸润的不确定性区域。计划靶区PTV（planning target volume）：CTV+靶区位置移动的不确定性区域。五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程勾画靶区、危及器官、制定处方剂量危及器官OAR （organ at risk）：如果接受照射产生严重并发症并能影响治疗计划和处方剂量制定的靶区周围正常组织器官。发生放射并发症的概率依赖于组织的放射生物学类型：“并型组织”和“串型组织”。并型组织：并型组织的放射并发症概率主要受照射体积和平均剂量的影响。eg. 腮腺、肺串型组织：串型组织的放射并发症概

11、率主要取决于最大剂量。eg. 脊髓、脑干五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程勾画靶区、危及器官、制定处方剂量（1）靶区处方剂量靶区剂量标注格式“靶区名/总量/百分体积/ 分次量/ 分次数” 例如:GTV/66Gy/100%/2Gy/33次， CTV/54Gy/98%/1.8Gy/30次, PTV/54Gy/95%/1.8Gy/30次。（2）危及器官剂量标注格式：最大剂量（Dmax）不超过多少，平均剂量（Dmean）不超过多少，危及器官受照剂量体积不超过多少如V2025%. 五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程勾画靶区、危及器官、制定处方剂量器

12、官 剂量（Gy） 体积（%）脑干 5054 0眼晶体 8 0视神经视交叉 50 0腮腺 2530 50脊髓 4045 0 单肺 30 40 40 30双肺 20 2530 30 18食管 6070 0心脏 50 50 肾脏 25 33肝脏 30 33 直肠 50 50膀胱 60 50股骨颈 50 5放疗计划的制定 五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程剂量显示和计划评估工具 （1）剂量体积直方图(DVH) 是描述某一感兴趣的区域如靶区、重要器官，照射剂量水平和照射体积之间的统计学关系的直方图,有积分和微分两种形式（2）平面剂量分布图(横断面、冠状面、矢状面)五. 临床放

13、射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程剂量体积直方图(DVH)的应用 对于靶区而言：积分DVH曲线越陡表示靶区剂量分布越均匀 积分DVH曲线越靠右表示靶区受照剂量越高对危及器官而言：一个计划的曲线总在另一个计划的左侧前一个计划优于后一个有交叉以器官类型而定五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗计划的设计流程放疗计划的剂量验证点剂量验证：保证每一患者得到安全有效的精确治疗，保证靶区剂量的精确性达到5。面剂量验证：Map check和MatriX二维半导体和电离室矩阵五. 临床放射治疗技术 调强适形放射治疗放射治疗

14、计划的设计流程靶区(肿瘤) 位置验证放射治疗的摆位误差，靶区移位和变形的影响，呼吸运动的影响图像引导放射治疗（image-guided radiotherapy , IGRT） 放射治疗机与成像设备结合在一起,在治疗时采集有关的图像信息,确定治疗靶区和重要结构的位置、运动,并在必要时进行位置和剂量分布的校正。KV级X射线球管MV级探测器阵列40对叶片MLCKV级探测器阵列放射治疗计划的设计流程 调强适形放射治疗五. 临床放射治疗技术 锥形束CT:由患者周围不同角度采集得到的一组开野投射图像重建而成，使用二维的探测器阵列,直接形成三维图像,不需要旋转机架和移动治疗床,没有断层伪影 靶区(肿瘤) 位置验证五. 临床放射治疗技