放射治疗理论基础与技术

1、放射治疗理论基础与技术第一章 总论 第一节 放射治疗理论及技术放射治疗学 利用射线束治疗肿瘤的一门学科。这些射线可以是放射性核素产生的、射线；x射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的x线；也可以是各类加速器产生的电子束、质子束、负介子束以及其它重粒子束等。放射治疗技术 放射治疗学的重要内容之一，放射治疗技术是在实施放射治疗过程中的一种手段，放射治疗技术是否合理，实施过程是否准确直接会影响放射治疗效果。一、放射治疗发展简史射线发现的历史1895年12月伦琴首先发现了x线 ； 1896年贝可勒尔发现铀能产生放射线； 1898年居里夫妇成功的分离出了镭，并首次提出“放射性”概念； 1899年医生们开

2、始试验用x线来治疗疾病； 1902年第一例皮肤癌病人获得了良好的疗效； 1920年200千伏级x线治疗机诞生，治疗喉癌获得了成功； 治疗设备的完善1951年加拿大生产了第一台60钴远距离治疗机，使得放射治疗学有了一个飞跃；1952年在英国Hammer Smith医院安装了第一台8MV固定型射频微波直线加速器；1968年美国成功地制造了加速管可直立安装于机头内的驻波型电子直线加速器；我国首台10MV医用直线加速器于1978年诞生；1976年X-CT开始运用，与治疗计划系统相连接，加上x线模拟定位机共同构成了一个迅速、精确、严谨的放射治疗计划与最优化的选择系统，使放射治疗进入一个崭新的历史时期。

3、近距离治疗的发展 20世纪70年代至80年代，放射物理学、剂量学、计算机技术以及影像技术的发展，极大地提高了近距离治疗的精度，改善了正常组织的防护和剂量分布。 后装技术的进一步发展及低能192铱源的使用，明显地减少了操作人员的受线量，也方便了病人的护理。 20世纪80年代中期，荷兰核通公司推出了Micro-Selecron HDR，它是一台计算机控制的后装机，包括程控步进马达驱动的高活度微型192铱源和可靠的安全连锁系统以及个体优化处理的治疗系统。使近距离治疗的适应证进一步扩大并保证了工作人员的安全，病人也可以在门诊进行治疗。立体定向放射治疗 1951年瑞典神经外科Lars Leksell医生

4、首先提出了立体定向放射手术的概念； 1968年第一台刀(knife)装置在瑞典诞生之后；不久美国利用直线加速器实现了非共面多弧度等中心旋转治疗，即现在称之为x刀(X-knife)。原理：用多个小照射野从三维方向一次大剂量的治疗颅内不能手术的疾病，包括脑肿瘤和良性病变，特别是对颅内动、静脉畸形开辟了一条新的治疗途径。 适形放射治疗 1965年日本学者高桥及松田等人首先提出了原体照射的概念即 conformal radiation therapy,CRT目前使用的三维适形放射治疗(3一dimensional Conformal radiation therapy，3一DCRT)就是在这个基础上发展

5、起来的。适形放射治疗3一DCRT要求要有高清晰度的图像检查技术(CT、MR、DSA、PET等)，将检查的图像经电子计算机处理，实行三维重建。同时还必须有三维治疗计划系统(3-dimensional treatment planning system，3-DTPS)合理地设计治疗计划，使肿瘤得到高剂量的照射而周围正常组织得到最大限度的保护，提高了治疗效果 。调强适形放射治疗 IMRT (intensity modulation radiation therapy，IMRT) 不仅要求照射野的形状与病变形状一致，而且还要求病变内各点的剂量是均匀的，这是在适形放射治疗的基础上的又一发展。调强适形放射

6、治疗这种治疗已达到了精确定位、精确计划、精确摆位、精确照射。这种精确的放射治疗被认为是21世纪放射治疗的主流，我国许多大医院已广泛开展了这种治疗方法。二、放射治疗在肿瘤治疗中的地位 据文献统计、所有恶性肿瘤病人中70%患者，治疗某一阶段需做放射治疗。 Tubianal1999年报告45%的恶性肿瘤可治愈，其中手术治愈22%，放射治疗治愈18%，化疗治愈5%。 综合治疗 目前在一些国家恶性肿瘤治疗后的5年生存率达45，生存率提高的原因主要是早期病人的比例增加和综合治疗的进步。综合治疗不但是提高生存率而且是提高生存质量的主要研究课题。 综合治疗不是简单的先手术，手术失败后则放射治疗，放射治疗失败后

7、化疗，而是要组织相关科室的人员经过复习文献和认真讨论，共同制订目的明确，有根据，有计划且合理的综合治疗方案，只有这样才能提高疗效。综合治疗的定义：根据病人的机体状况、肿瘤病理分型、分期和发展趋向，有计划地、合理地应用现有的治疗手段，以期较大幅度地提高治愈率并改善病人的生活质量。放疗与手术的综合治疗 (一)、术前放射治疗 优点：（1）照射后使肿瘤缩小，从而提高手术切除率， （2）减少手术野内癌细胞的污染，从而减少手术区癌细胞种植，降低癌细胞的生命力，从而可能减少播散。 缺点：（1）延迟手术（2）可能影响切口愈合 手术前放射治疗价值较为肯定的有头颈部肿瘤如上颌窦癌;宫体癌;直肠癌等。放疗2-4周后

8、手术 。 (二)、术中放射治疗 腹腔深在肿瘤，手术不能切除或切除不彻底者 优点：直视下清楚地对准靶区进行照射，正常组织可得到保护。 缺点：只能照射一次。不符合分次照射原则。 疗效较肯定的报告为胃癌。 (三)、术后放射治疗 手术切除不彻底的病例采用术后放射治疗，可降低局部复发。 优点：大部分肿瘤已被切除，有手术及病理指导放射治疗，有利于放射治疗的控制。 缺点：损伤了血运可能造成残存的癌细胞乏氧而不敏感。 疗效较肯定的报告为乳腺癌、肺癌、卵巢癌期、脑星形细胞瘤、级等。放射治疗与化疗的综合治疗 此种综合治疗是目前应用最为广泛的方法，如小细胞肺癌、恶性淋巴瘤等。目前研究最热点的问题是放、化疗同时进行，

9、治疗一些恶性肿瘤以增加局部疗效而且可以减少或消灭远处转移，但是会增加全身或局部毒性。手术、放疗、化疗三结合的综合治疗 美国对肾母细胞瘤(Wilms瘤)采用了手术+放疗+化疗的综合治疗方法，治愈率由非综合治疗的16提高到89。软组织肉瘤手术局部复发率高达7095，即使采用截肢等根治性手术切除，局部复发率还有1030。如果局部肿瘤扩大切除后行放疗和化疗，其5年生存率可提高到613。 综合治疗方法很多，要根据病种、病期和机体整体情况合理地选择不同的综合治疗方法。在所有治疗方法中都可以配合中医中药扶正治疗，提高机体抗病能力，使综合治疗能顺利完成。总之，近几年由于综合治疗方法的广泛应用，恶性肿瘤的治疗效

10、果也有了明显地提高。 第二节 常用的放射治疗设备 在放射治疗中，直接与肿瘤患者治疗有关的常用设备，主要有各种类型的内外照射治疗机、模拟定位机和治疗计划系统。常用的治疗机60钴治疗机医用直线加速器近距离治疗中使用的后装治疗机立体定向放射外科设备模拟定位机、CT模拟定位机计算机治疗计划系统一、60钴治疗机 作为外照射放射治疗的重要设备在各类医院放射治疗部门广泛使用，对于提高肿瘤治疗的临床效果起过很大的作用。尽管随着MV级医用直线加速器的发展和推广，60钴治疗机的一些应用领域被其替代。但其仍不失为一种结构相对简单、安全有效的放射治疗机。 60钴是放射性核素，半衰期为5.27年。 60钴放射治疗机所用

11、的60钴放射源，通常有多枚1mmlmm的圆柱形小颗粒组成，放置在直径1020mm、高20-25mm的不锈钢容器中。并将其嵌入治疗机的储源器中。钴治疗机，它包括机座、旋转机架、治疗头、治疗床及控制系统等主要部件 。 60钴治疗机临床应用特点 160钴射线的平均能量为1.25MeV，在组织中具有较强的穿透能力。2. 60钴射线在组织中有明显的剂量建成效应，即表面剂量较低，最大剂量点位于表面下约5mm深度处。起到保护皮肤的作用。3.60钴射线与物质相互作用，主要是发生康普顿效应，作用截面几乎不依赖于物质的原子序数。即人体中的骨组织和软组织具有相同的吸收剂量。60钴治疗机与医用直线加速器相比较，结构简

12、单，制作和运行费用较低，便于维护，工作安全可靠。 二、医用电子直线加速器 医用电子直线加速器于20世纪50年代初，先后在英美等国家用于放射治疗，并逐渐得到很大发展。从70年代以后，直线加速器在许多方面已替代60钴治疗机，目前成为放射治疗最主要的设备。 医用电子直线加速器 采用医用电子直线加速器产生的高能X射线和电子线来实施治疗更有利。一)工作原理医用电子直线加速器是利用微波电场，沿直线加速电子得到较高能量，从而获得高能X射线或电子线的放射治疗装置。 x射线模式在x射线治疗模式：加速电子经偏转或垂直出射，与高原子序数物质如钨制成的靶相互作用，韧致辐射产生x射线。其能谱中最大能量等于入射电子的能量

13、，平均能量约等于13其最大能量。 电子束模式 在电子束治疗模式时：加速电子经偏转后穿过电子窗直接引出。此时引出的电子束为窄束射线，束流宽度仅为3mm直径。为将射线束展宽，通常采用散射箔技术。散射箔是一金属薄片，一般是铅材料制成。其厚度要求使电子束能被尽量散射，同时很少发生韧致辐射。事实上总有少量电子会发生韧致辐射，形成电子束中的x射线污染。散射箔设置在x射线模式的均整器(电子束模式时，已移开)位置处。电子束通过散射箔展开后，先经次级准直器，再经电子束限光筒形成治疗用照射野。 二)基本结构 医用电子直线加速器包括加速管、脉冲调制器、电子枪、微波系统、真空系统、射线束引出系统、治疗头、治疗床。 三

14、）临床应用特点 直线加速器可以产生能量更高、强度更大的X射线：具有比60钴射线更强的穿透能力，更低的表面剂量，以及更小的半影区。低能档X射线用于治疗头颈及四肢部位肿瘤，高能档X射线用于治疗胸腹部较深部位肿瘤。 加速器产生的能量在425MeV范围的电子线，与组织作用具有明显的射程，且射程随能量的增加而加深，使用电子线治疗肿瘤时，可以根据肿瘤深度，选择不同能量的电子线，使其射程恰好超过肿瘤的范围，电子线的大部分能量消耗在肿瘤组织内，而病灶后面及表层正常组织受到较小损伤，因此用于治疗表浅和偏离体中心的病变。 医用电子直线加速器无需永久放射源，设备在不加高压时无射线产生，而且加速器X射线靶点非常小，配

15、合球面准直器在照射野边缘形成的半影也较60Co治疗机小。设备结构复杂、技术要求高、日常维护及质量保证费用较高。高能x射线临床应用的基本特点 首先，高能x射线与中低能x射线和60钴射线相比较，在组织中有更高的穿透能力，表现为较高的深度剂量。 高能x射线，表面剂量比较低，随着深度的增加，深度剂量逐渐增加，直至达到最大剂量点。过最大剂量点以后，深度剂量才逐渐下降，其速率依赖于射线能量，能量越高，下降速率越慢，表现出较高的穿透能力。从表面到最大剂量点深度称为剂量建成区。高能x射线的剂量建成效应，要优于中低能x射线，在临床应用中可起到保护皮肤的作用。即使在较深部的肿瘤得到较高剂量的同时，使皮肤免于高剂量

16、的损伤。 剂量建成效应主要源于高能光子与物质相互作用的物理机制。高能光子进入模体或人体后，与物质相互作用产生高速次级电子，次级电子在其运动径迹上损失能量，显示吸收剂量随深度增加而增加，并逐渐达到最大值，深度继续增加，光子注量减少，产生的次级电子也会减少，其结果是吸收剂量随深度增加而逐步减少。高能电子束临床应用的基本特点 高能电子束不同于x射线，不同能量的电子束在介质中具有确定的有限射程，这可以有效地避免对治疗部位后面深部组织的照射，这是高能电子束最重要的计量学特点。高能电子束易于散射，等剂量分布也不同于高能x()射线。 三、近距离后装治疗机近距离治疗主要包括腔内、管内照射、组织间插植、术中置管

17、和敷贴照射。近距离治疗也是放射治疗的重要方法之一。它是将封装好的放射源，通过施源器和输源导管直接植入患者的肿瘤部位进行照射。其基本特征是放射源贴近肿瘤组织，可以有效地灭杀肿瘤细胞，而邻近的正常组织，由于辐射剂量随距离增加而迅速跌落，受量较低。近距离照射很少单独使用，一般作为外照射的辅助治疗手段，可以给予特定部位，如外照射后残存的瘤体以较高的剂量进而提高肿瘤的局部控制率。 现代近距离放射治疗机具有三个特点：一是放射源微型化：放射源在体内的驻留位置和驻留时间可以由计算机精确控制，实现理想的剂量分布。二是利用高活度Ir源可以实现高剂量率治疗，缩短照射时间减少了病人痛苦。三是治疗计划由计算机模拟生成，

18、不同治疗方案可以进行优化比较，提高了疗效。四、模拟定位机 简称模拟机，它将X射线诊断部件和具有外照射治疗机相关运动功能的机械部件组合在一起。可以在x射线电视监视器或x射线胶片上，提供具有诊断品质的，并带有照射野模拟标记的影像资料。模拟机的射线束准直器，机架和治疗床等部分是模拟外照射治疗机设计的，使得患者在模拟机定位时的体位与实际治疗时一样，可重复“摆位”。一)基本结构 模拟机由两部分构成：x射线系统和机械系统。x射线系统包括x射线管、x射线发生器和x射线影像增强器系统。机械系统包括有机座和机架、准直器、治疗床和控制系统。二)临床应用1肿瘤和敏感器官的定位 2治疗模拟 3治疗计划验证 4治疗计划修改 五、CT模拟 20世纪90年代前后发展的一种新的肿瘤定位