放射性粒子植入治疗肿瘤物理学基础课件

粒子植入中的物理学工作•••••项目与技术流程的建立计划系统验收和试运行剂量计算和计划设计技术设备质量保证……1粒子植入中的物理学工作•项目与技术流程的建立1内容•放射性粒子永久性植入的特点

•一般临床特点 •临床物理、剂量学特点•几个临床物理学问题•••••剂量学中的几个基本概念粒子活度选择治疗计划概述剂量处方、报告和评价布源方式2内容•放射性粒子永久性植入的特点•剂量学中的几个基本概念2

外照射放疗•分次照射（～次）•治疗时间长（～6周）•场地、设备要求高•价格昂贵•电子机械故障导致停机

粒子植入•一次性植入•1-2天的住院或门诊治疗•场地、设备要求相对较低•相对便宜•没有停机问题一般临床特点3 外照射放疗 粒子植入一般临床特点3•中短半衰期核素•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点4•中短半衰期核素•低能、高线性能量传递（LET）•剂量同位素（天）半衰期常用活度（mCi）90%能量（天）Cs-131 I-125Pd-103

9.759.417.01.1-1.70.3-0.81.1-1.7

33197 58粒子植入常用的放射性核素5同位素（天）半衰期常用活度（mCi）90%能量（天）Cs-•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点6•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布同位素Cs-131I-125Pd-103光子平均能量（keV）30.428.520.8半价层（mm铅）稍高于I-1250.025(2cm组织)0.008粒子植入常用的放射性核素7同位素光子平均能量半价层粒子植入常用的放射性核素7北医三院北京Doserateeffect8北医三院北京Doserateeffect8•低OER、高RBE粒子植入的生物学特点•Radiationsensitivity•Recovery•Redistribution•Repopulation•Reoxygenation•Irradiatedvolume9•低OER、高RBE粒子植入的生物学特点•Radiati•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点10•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布粒子植入典型的剂量分布I-125外照射11粒子植入典型的剂量分布I-125外照射11粒子植入的剂量分布特性

外照射放疗•靶区内剂量均匀•正常组织接受中低剂量照射（SRS/SRT，IMRT）•对患者和器官运动敏感•受分次摆位误差影响大

粒子植入•靶区内剂量相对不均匀•靶区外剂量迅速跌落•对患者和器官运动不敏感•对单个粒子植入误差相对不敏感12粒子植入的剂量分布特性 外照射放疗 粒子植入12

剂量均匀性临床和实践意义•靶区内剂量不均匀性••导致局控失败或坏死（Simonetal1993）对肿瘤控制意义尚不清楚•靶区和正常组织移行区剂量不均匀性 •有利于正常组织的保护•对肿瘤控制的意义有待研究•剂量体积处方和约束•粒子活度、布源方式13 剂量均匀性临床和实践意义•导致局控失败或坏死（Simon•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点14•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布•••高剂量率>12Gy/h中剂量率4~12Gy/h低剂量率2~4Gy/h•125I0.07Gy/h•103Pd0.20Gy/h超低剂量率15•高剂量率>12Gy/h•125I0.07Gy/h•1

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述•剂量处方、报告和评价•布源方式16 几个临床物理学问题•剂量处方、报告和评价•布源方式•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核素和放射性粒子•能量、活度和强度•剂量率、剂量和累积剂量•生物等效剂量17•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核粒子植入常用的放射性粒子18粒子植入常用的放射性粒子18•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核素和放射性粒子•能量、活度和强度•剂量率、剂量和累积剂量•生物等效剂量19•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核•显活度(Aapp,单位mCi)•与给定包裹源具有相同Kerma非滤过点源活度•空气比释动能强度(Sk单位U)•1U=1cGycm2h-1•空气比释动能和显活度间的关系•0.876X1.45=1.27U/mCi(125I),•1.29U/mCi(103Pd),0.638U/mCi(131Cs)Sk/Aapp()x[W/e]粒子活度和强度20•显活度(Aapp,单位mCi)•与给定包裹源具有相同

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子活度选择•治疗计划概述•剂量处方、报告和评价•布源方式21 几个临床物理学问题•剂量处方、报告和评价•布源方式

粒子活度选择•低OER、高RBE•••••半衰期射线能量靶区和危及器官几何关系粒子间距和剂量均匀性粒子数目和时间、经济成本22 粒子活度选择•半衰期22

粒子活度的剂量学效应相同处方剂量，粒子活度增加••••粒子数、植入针数下降手动计划设计难度增加均匀性、危及器官保护计划优化活度选择范围可以扩大些23 粒子活度的剂量学效应•粒子数、植入针数下降23•低OER、高RBE粒子活度选择－示例•前列腺癌：0.4mCi（0.3-0.7mCi）•胰腺癌：0.5mCi•头颈部肿瘤：0.7-0.9mCi•直肠、妇科复发肿瘤•肺癌24•低OER、高RBE粒子活度选择－示例•前列腺癌：0.4

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述••布源方式剂量处方、报告和评价25 几个临床物理学问题•布源方式25

治疗计划目的和意义•低OER、高RBE•••••指导订购粒子指导术中植入剂量学评价技术项目评价和改进临床剂量体积效应评价与分析26 治疗计划目的和意义•指导订购粒子26

治疗计划•低OER、高RBE•计划方式••手工计算和经验公式(Nomograph)计算机化的计划设计••模拟计划和实际计划技术项目流程（术前、术中和术后）27 治疗计划•计划方式•手工计算和经验公式(Nomograph术前计划和术中计划••••低OER、高RBE

术前计划指导订购粒子和术中植入 术中计划指导术中植入和剂量学评价 必须做术前计划•不做术中计划•可以不做术前计划•做术中计划28术前计划和术中计划••低OER、高RBE•不做术中计划•可

术后计划•低OER、高RBE•剂量学评价和项目改进••术前、术中剂量体积处方和约束术后剂量学验证•必要性和时机选择••前列腺癌非前列腺癌29 术后计划•剂量学评价和项目改进•术前、术中剂量体积处方和约

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述••布源方式剂量处方、报告和评价30 几个临床物理学问题•布源方式30

布源方式

•低OER、高RBE目的和评价方式•••理想的剂量分布横断面剂量分布图剂量体积直方图限制条件•••靶区和危及器官几何位置关系处方剂量和耐受剂量影像引导和穿刺、植入技术的限制31 布源方式•理想的剂量分布限制条件•靶区和危及器官几何位置

布源方式

•低OER、高RBE现实选择••均匀布源计划优化ABS推荐的前列腺的布源方式••••改进的均匀植入改进的周围植入计划优化逆向计划32 布源方式•均匀布源ABS推荐的前列腺的布源方式•改进的均•低OER、高RBE几个临床物理学问题•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述•布源方式•剂量处方、报告和评价33•低OER、高RBE几个临床物理学问题•剂量学中的几剂量处方报告和评价的意义

•低OER、高RBE••••指导计划设计和术中植入技术项目评价和改进技术推广与规范化临床剂量体积效应研究34剂量处方报告和评价的意义•指导计划设计和术中植入34近距离治疗剂量学目的

•低OER、高RBE••••给予靶区尽可能高的最低剂量每个放射源周围高剂量区范围尽可能小， 避免过度坏死尽量控制剂量不均匀性避免冷点、限制热点35近距离治疗剂量学目的•给予靶区尽可能高的最低剂量35•低OER、高RBE近距离治疗剂量学原则•靶区表面产生均匀剂量•限制靶区内超高剂量区范围•靶区外剂量迅速跌落36•低OER、高RBE近距离治疗剂量学原则•靶区表面产生均

剂量处方•低OER、高RBE•剂量分布特点及其临床意义•剂量处方在包含靶体积的等剂量面上•处方剂量通常以计划达到的靶区最低剂量表示•粒子植入中通常使用mPD(minimumperipheraldose)37 剂量处方•剂量分布特点及其临床意义•剂量处方在包含靶体•低OER、高RBE•mPD(minimumperipheraldose)•D100mPDMPD(matchedperipheraldose)，目前很少使用38•低OER、高RBE•mPD(minimumperi•低OER、高RBE剂量处方内容和适用范围内容•靶区和危及器官定义•靶区剂量体积处方•危及器官的剂量体积约束适用范围•术前和术中计划39•低OER、高RBE剂量处方内容和适用范围内容•靶区和危

剂量处方示例－前列腺癌•低OER、高RBE•••Pd-10390-100GymPDI-125100-110GymPDCs-13185GymPD•单纯粒子植入••Pd-103125GymPDI-125145GymPD•Cs-131115GymPD40 剂量处方示例－前列腺癌•Pd-10390-100Gy•低OER、高RBE剂量报告与评价•靶区和危及器官定义•靶区和危及器官剂量体积分布•影像引导和植入方式（流程）•粒子的描述•核素种类、粒子类型•活度41•低OER、高RBE剂量报告与评价•靶区和危及器官定义••低OER、高RBE靶区和危及器官剂量体积分布•横断面剂量分布图•剂量体积直方图术中、术后计划•前列腺癌•非前列腺癌42•低OER、高RBE靶区和危及器官剂量体积分布•横断面剂•低OER、高RBE植入方式•植入流程•计划方式•布源方式43•低OER、高RBE植入方式•植入流程43•低OER、高RBE剂量学报告与评价示例前列腺癌推荐的术后剂量学评价参数•前列腺剂量V100,V150,V200,D90•尿道剂量UV125,UV150,UD50,UD30,UD5•直肠剂量RV100Pro-Qura:UniversityofWashington,Seattle,community-based44•低OER、高RBE剂量学报告与评价示例前列腺癌推荐的术4545直肠剂量效应关系•••••放射性直肠炎9%,植入时R100小于1.00cc时2%术后验证R100小于1.30cc5年2级直肠炎5%,大于1.30cc，18%术中R100<0.5cc,直肠漏小于３%，建议可以进一步限制R50水肿影响,术后验证时直肠表面剂量大于植入时50%直肠晚期并发症和MPD、粒子活度和总活度没有关系•••Herstein2005,Snyder2001Mayadev2007,TausskyD2006Wallner199546直肠剂量效应关系•放射性直肠炎9%,植入时R100小于1.小结•剂量处方

•系统

•清晰

•明确•报告和评价

•系统

•科学

•意义47小结•剂量处方47小结•临床、物理、剂量学特点•基本概念、基本知识•基本理论与实践结合•临床物理学问题•剂量处方、报告和评价•剂量学概念、治疗计划48小结•临床、物理、剂量学特点480.51.01.5Takehomemessage

距离（cm）剂量（Gy）

80 20 101U(0.8mCi)125I6711490.5Takehomemessage 804950505151粒子植入中的物理学工作•••••项目与技术流程的建立计划系统验收和试运行剂量计算和计划设计技术设备质量保证……52粒子植入中的物理学工作•项目与技术流程的建立1内容•放射性粒子永久性植入的特点

•一般临床特点 •临床物理、剂量学特点•几个临床物理学问题•••••剂量学中的几个基本概念粒子活度选择治疗计划概述剂量处方、报告和评价布源方式53内容•放射性粒子永久性植入的特点•剂量学中的几个基本概念2

外照射放疗•分次照射（～次）•治疗时间长（～6周）•场地、设备要求高•价格昂贵•电子机械故障导致停机

粒子植入•一次性植入•1-2天的住院或门诊治疗•场地、设备要求相对较低•相对便宜•没有停机问题一般临床特点54 外照射放疗 粒子植入一般临床特点3•中短半衰期核素•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点55•中短半衰期核素•低能、高线性能量传递（LET）•剂量同位素（天）半衰期常用活度（mCi）90%能量（天）Cs-131 I-125Pd-103

9.759.417.01.1-1.70.3-0.81.1-1.7

33197 58粒子植入常用的放射性核素56同位素（天）半衰期常用活度（mCi）90%能量（天）Cs-•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点57•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布同位素Cs-131I-125Pd-103光子平均能量（keV）30.428.520.8半价层（mm铅）稍高于I-1250.025(2cm组织)0.008粒子植入常用的放射性核素58同位素光子平均能量半价层粒子植入常用的放射性核素7北医三院北京Doserateeffect59北医三院北京Doserateeffect8•低OER、高RBE粒子植入的生物学特点•Radiationsensitivity•Recovery•Redistribution•Repopulation•Reoxygenation•Irradiatedvolume60•低OER、高RBE粒子植入的生物学特点•Radiati•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点61•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布粒子植入典型的剂量分布I-125外照射62粒子植入典型的剂量分布I-125外照射11粒子植入的剂量分布特性

外照射放疗•靶区内剂量均匀•正常组织接受中低剂量照射（SRS/SRT，IMRT）•对患者和器官运动敏感•受分次摆位误差影响大

粒子植入•靶区内剂量相对不均匀•靶区外剂量迅速跌落•对患者和器官运动不敏感•对单个粒子植入误差相对不敏感63粒子植入的剂量分布特性 外照射放疗 粒子植入12

剂量均匀性临床和实践意义•靶区内剂量不均匀性••导致局控失败或坏死（Simonetal1993）对肿瘤控制意义尚不清楚•靶区和正常组织移行区剂量不均匀性 •有利于正常组织的保护•对肿瘤控制的意义有待研究•剂量体积处方和约束•粒子活度、布源方式64 剂量均匀性临床和实践意义•导致局控失败或坏死（Simon•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布特性•剂量率特性•超低剂量率•指数衰减的剂量率物理、剂量学特点65•中短半衰期•低能、高线性能量传递（LET）•剂量分布•••高剂量率>12Gy/h中剂量率4~12Gy/h低剂量率2~4Gy/h•125I0.07Gy/h•103Pd0.20Gy/h超低剂量率66•高剂量率>12Gy/h•125I0.07Gy/h•1

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述•剂量处方、报告和评价•布源方式67 几个临床物理学问题•剂量处方、报告和评价•布源方式•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核素和放射性粒子•能量、活度和强度•剂量率、剂量和累积剂量•生物等效剂量68•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核粒子植入常用的放射性粒子69粒子植入常用的放射性粒子18•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核素和放射性粒子•能量、活度和强度•剂量率、剂量和累积剂量•生物等效剂量70•低OER、高RBE剂量学中的几个基本概念•放射性核•显活度(Aapp,单位mCi)•与给定包裹源具有相同Kerma非滤过点源活度•空气比释动能强度(Sk单位U)•1U=1cGycm2h-1•空气比释动能和显活度间的关系•0.876X1.45=1.27U/mCi(125I),•1.29U/mCi(103Pd),0.638U/mCi(131Cs)Sk/Aapp()x[W/e]粒子活度和强度71•显活度(Aapp,单位mCi)•与给定包裹源具有相同

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子活度选择•治疗计划概述•剂量处方、报告和评价•布源方式72 几个临床物理学问题•剂量处方、报告和评价•布源方式

粒子活度选择•低OER、高RBE•••••半衰期射线能量靶区和危及器官几何关系粒子间距和剂量均匀性粒子数目和时间、经济成本73 粒子活度选择•半衰期22

粒子活度的剂量学效应相同处方剂量，粒子活度增加••••粒子数、植入针数下降手动计划设计难度增加均匀性、危及器官保护计划优化活度选择范围可以扩大些74 粒子活度的剂量学效应•粒子数、植入针数下降23•低OER、高RBE粒子活度选择－示例•前列腺癌：0.4mCi（0.3-0.7mCi）•胰腺癌：0.5mCi•头颈部肿瘤：0.7-0.9mCi•直肠、妇科复发肿瘤•肺癌75•低OER、高RBE粒子活度选择－示例•前列腺癌：0.4

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述••布源方式剂量处方、报告和评价76 几个临床物理学问题•布源方式25

治疗计划目的和意义•低OER、高RBE•••••指导订购粒子指导术中植入剂量学评价技术项目评价和改进临床剂量体积效应评价与分析77 治疗计划目的和意义•指导订购粒子26

治疗计划•低OER、高RBE•计划方式••手工计算和经验公式(Nomograph)计算机化的计划设计••模拟计划和实际计划技术项目流程（术前、术中和术后）78 治疗计划•计划方式•手工计算和经验公式(Nomograph术前计划和术中计划••••低OER、高RBE

术前计划指导订购粒子和术中植入 术中计划指导术中植入和剂量学评价 必须做术前计划•不做术中计划•可以不做术前计划•做术中计划79术前计划和术中计划••低OER、高RBE•不做术中计划•可

术后计划•低OER、高RBE•剂量学评价和项目改进••术前、术中剂量体积处方和约束术后剂量学验证•必要性和时机选择••前列腺癌非前列腺癌80 术后计划•剂量学评价和项目改进•术前、术中剂量体积处方和约

几个临床物理学问题

•低OER、高RBE•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述••布源方式剂量处方、报告和评价81 几个临床物理学问题•布源方式30

布源方式

•低OER、高RBE目的和评价方式•••理想的剂量分布横断面剂量分布图剂量体积直方图限制条件•••靶区和危及器官几何位置关系处方剂量和耐受剂量影像引导和穿刺、植入技术的限制82 布源方式•理想的剂量分布限制条件•靶区和危及器官几何位置

布源方式

•低OER、高RBE现实选择••均匀布源计划优化ABS推荐的前列腺的布源方式••••改进的均匀植入改进的周围植入计划优化逆向计划83 布源方式•均匀布源ABS推荐的前列腺的布源方式•改进的均•低OER、高RBE几个临床物理学问题•剂量学中的几个基本概念•粒子和活度选择•治疗计划概述•布源方式•剂量处方、报告和评价84•低OER、高RBE几个临床物理学问题•剂量学中的几剂量处方报告和评价的意义

•低OER、高RBE••••指导计划设计和术中植入技术项目评价和改进技术推广与规范化临床剂量体积效应研究85剂量处方报告和评价的意义•指导计划设计和术中植入34近距离治疗剂量学目的

•低OER、高RBE••••给予靶区尽可能高的最低剂量每个放射源周围高剂量区范围尽可能小， 避免过度坏死尽量控制剂量不均匀性避免冷点、限制热点86近距离治疗剂量学目的•给予靶区尽可能高的最低剂量35•低OER、高RBE近距离治疗剂量学原则•靶区表面产生均匀剂量•限制靶区内超高剂量区范围•靶区外剂量迅速跌落87•低OER、高RBE近距离治疗剂量学原则•靶区表面产生均

剂量处方•低OER、高RBE•剂量分布特点及其临床意义•剂量处方在包含靶体积的等剂量面上•处方剂量通常以计划达到的靶区最低剂量表示•粒子植入中通常使用mPD(minimumperipheraldose)88 剂量处方•剂量分布特点及其临床意义•剂量处方在包含靶体•低OER、高RBE•mPD(minimumperipheraldose)•D100mPDMPD(matchedperipheraldose)，目前很少使用89•低OER、高RBE•mPD(minimumperi•低OER、高RBE剂量处方内容和适用范围内容•靶区和危及器官定义•靶区剂量体积处方•危及器官的剂量体积约束适用范围•术前和术中计划90•低OER、高RBE剂量处方内容和适用范围内容•靶区和危

剂量处方示例－前列腺癌•低OER、高RBE•••Pd-10390-100GymPDI-125100-110GymPDCs-13185Gy