调强适形放射治疗

调强适形放射治疗癌症治疗的三大手段肿瘤治疗技术进展三大治疗手段在肿瘤治疗中的地位CTV亚临床病变—病理边界

(手术化疗放疗)GTV实体瘤-----影像学边界

(手术放疗)hGTV

乏氧细胞区---PET显像

(手术放疗)癌症三大治疗手段的比较手术治疗优点：解剖位置的高精度肿瘤直接暴露手术切缘以病理为标准不足之处:手术创伤比较大复杂解剖结构手术较难肿瘤冶疗技术进展癌症三大治疗手段的比较化学治疗优点：无创伤药物可以到达任何部位不需要特殊技术不足之处:药物特异性较差易产生药物耐受性肿瘤冶疗技术进展癌症三大治疗手段的比较放疗优点：剂量和几何位置的高精度可以治疗任何部位不会产生辐射耐受性不足之处:被照射肿瘤必须可见(>1cm)正常组织和肿瘤组织的放射敏感性的差异很小(特异性很差)肿瘤冶疗技术进展适形放射治疗的临床价值癌症治疗五年生存率1900s 1930s 1960s 1990s5% 15%30%45%AmericanCancerSociety:Cancerfacts&figures1995手术、放疗、化疗三大手段对癌症治愈率的相对贡献

外科手术 22% 放射治疗 18% 化学治疗 5%55%未根治的癌症患者的死亡原因

原发肿瘤未控 18%远地转移未控 37% 合计 55%EurJCancer1992;28A:2061-2069Cancer1983;51;2401-2409肿瘤治疗技术进展放射治疗在肿瘤治疗中的地位癌症治疗五年生存率1900s 1930s 1960s1990s(2013)5%15%30%45%(67%)AmericanCancerSociety:Cancerfacts&figures1995手术、放疗、化疗三大手段对癌症治愈率的相对贡献

外科手术 22% 放射治疗 18% 化学治疗 5%55%未根治的癌症患者的死亡原因

原发肿瘤未控 18%远地转移未控 37% 合计 55%EurJCancer1992;28A:2061-2069Cancer1983;51;2401-2409放射治疗的手段放疗技术进展外照射(EBIR)： 照射距离长(>50cm)

正常组织损伤大靶区剂量均匀性好近距离照射(BIR)

照射距离短(<5cm)

正常组织损伤小

靶区剂量均匀性差

DGTV≧100%TV≧95%TV=50%~90%100%*ICRU剂量规定点(ICRUReferencePoint)100%GTV*ICRU剂量参考点(ICRUReferencePoint)100%GTV*CTVCTV0.85BD(100%)体外照射和近距离照射的异同点对策：体外：优化布野近距离：优化布源提高治疗增益比的技术(历史)进程ConventionalRT

常规放疗

3DConformalRT适形放疗

IntensityModulationRT

调強放疗20世纪70年代未20世纪90年代初调强适形放射治疗一、适形放疗的定义二、实现条件三、何谓调强四、适形放射治疗的临床价值五、临床适应症六、调强实现方式七、IMRTQA(QC)适形放射治疗定义适形放射治疗为一种治疗技术，使得：高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的形状一致。

剂量分布靶区适形调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义调强适形放疗必须满足两个必要条件1.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。2.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：A射野形状适形（BEV）B

射野内强度调节PQRS调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义适形放射治疗的分类经典适形放射治疗（ClassicalConformal

RadiationTherapy）调强适形放射治疗（Intensity-Modulated

RadiationTherapy,IMRT）

同时满足两个必要条件

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的目的及定义经典适形和调强适形的比较

经典适形调强适形调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义常规放射治疗与经典适形调强适形放疗(使用不同的目标函数)经典适形与调强适形治疗技术剂量分布的比较调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义对穿野照射旋转照射四野照射经典适形照射

三野照射最小靶平均照射器官最大剂量器官最小照射调强定义调强:

将直线加速器或钴-60治疗机的均匀剂量(率)

输出的射野变为不均匀剂量(率)输出的射野的过程。

调强装置(器或方法):实现调强过程的装置。调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义NoIntensityModulationIntensityModulationSameShapeWhatisIntensityModulation?Intentionallynon-uniformfluencedistributionDefinespatientresult,notmethodofdeliveryIMRTis3-DTxdeliveryofa3-DTxplanbythemodulationofintensityacrosseachbeamincomplexways.Methods:compensators,wedges,dynamic,static,cineIntensityModulationoftheBeam3DCRTNOIMRTIntheinterioroftheshapedfieldthedosesarehomogeneous3DIMRTIntheinterioroftheshapedfieldthedosesareheterogeneousIMRT:sculptthedoses(isodoses)tothetumor,avoidingthenormaltissues.

Conformal:cannotavoidsomelevelofdosestothenormaltissuesConformalVersusIMRT为什么要开展IMRT？放疗中约有30%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，而周围正常组织剂量很小。能够作调强治疗的设备已商业化。照射可实现数字化。用于IMRT的射野注量(强度)分布的逆向设计算法已经成熟。CT/MRI/SPECT/PET等影像设备,可以更加精确地确定靶区和周围正常组织、器官的几何结构IGRT、DGRT技术的出现。调强适形放射治疗适形放射治疗的临床价值癌症治疗五年生存率1990s 1930 1960s 1990s5% 15%30%45%AmericanCancerSociety:Cancerfacts&figures1995手术、放疗、化疗三大手段对癌症治愈率的相对贡献

外科手术 22%

放射治疗 18%

化学治疗 5%55%未根治的癌症患者的死亡原因

原发肿瘤未控 18%

远地转移未控 37%

合计 55%EurJCancer1992;28A:2061-2069Cancer1983;51;2401-2409调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义IMRT

提高癌症患者生存率的假设提高肿瘤局部控制剂量或减低周围重要器官剂量提高肿瘤局部控制率或减少肿瘤远地转移率提高癌症患者生存率或改善癌症患者愈后生存质量调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义肿瘤局部控制的最低剂量

（Fletcher:BJR46;1973）亚临床病变微小病变肿瘤病变调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义3D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3DCRT SRT

观察例数 8787

靶区剂量高于靶处方剂量的体积（%）92.9±13.992.9±10.8ICRU剂量（靶处方剂量）(Gy) 69.1±2.669.2±2.6

肿瘤最低剂量(Gy) 66.3±5.363.5±8.6

肿瘤平均剂量(Gy) 69.8±2.669.7±2.8

肿瘤最高剂量(Gy) 71.7±2.471.3±2.8

危及器官剂量高于或等于65Gy的直肠体积(%)33.7±15.062.7±21.0

剂量高于或等于70Gy的直肠体积(%) 8.5±11.828.8±28.9

剂量高于或等于65Gy的膀胱体积(%) 22.3±12.550.5±22.8

剂量高于或等于70Gy的膀胱体积(%) 6.3±8.419.4±24.4

调强适形放射治疗调强适形放射治疗的目的及定义调强适形放射治疗

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解剖结构复杂、形状比较复杂，特别是凹形靶区;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并发症和改进患者疗后的生存质量临床适应症调强适形放射治疗的目的及定义Percent≥Grade2GIToxicity

01224364860728496

Months5101520p<0.00181GyIMRT(171)81GyConventional3D-CRT(61)ProstateIMRT

SomeearlyMSKCCresults(CCLing)问题：凸形靶区(70%)IMRT原理问题：凹形靶区(30%)IMRT原理IMRT原理IMRT(IMPT)ProtonIMRTPhotonIMRTParotidSparingH&N:3DCRTvs.9BeamIMRT

(Dose-VolumeCriteria)CordTumorNodesParotidsBrainstem3DCRTIMRT调强适形放射治疗实现调强方式逆向设计与射野强度分布剂量计算笔形束与逆向设计调强治疗实现方式分类调强适形放射治疗调强实现方法逆向设计与射野强度分布调强适形放射治疗

ForwardCalculation正向计算InverseCalculation逆向计算PositionIntensity调强实现方法调强适形放射治疗剂量计算

ForwardCalculation正向计算InverseCalculation逆向计算物理目标函数生物目标函数调强实现方法调强适形放射治疗PositionIntensity笔形束与逆向设计调强实现方法调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:物理补偿器Intensity强度分布Position调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗(a)(b)子野1Surbeam1子野2Surbeam2子野3Surbeam3子野4Surbeam4子野5Surbeam5子野6Surbeam6调强方式:MLC静态调强I(x)X调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强方式:MLC静态调强调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗CreatesMLCShapesMinimizestreatmenttimeDesignedforSiemensMLCOptimizesOutputFluenceTongueandGrooveCorrectionIMFAST调强适形放射治疗子野优化调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:动态MLC调强(DynamicMLC)Intensity强度分布Position调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强方式:动态MLC调强(DynamicMLC)调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:动态旋转(IMAT)Intensity强度分布PositionGA1GA2GA4GA5GA3GA6调强治疗实现方法分类CreatesMLCStaticfieldsMinimizestreatmenttimeOptimizesOutputFluenceTongueandGrooveCorrection调强适形放射治疗StaticFieldOptimization(GAn)GAnBeam15,16,17Beam5,6,7,8Beam1,2,3,4Beam9,10,11Beams12,13,14IMATMultiArc放疗技术进展Beam15,16,17Beam9,10,11Beams12,13,14VMAT(RapidARC)isanintegrationofmulti-comformalbeamsandgantryrotationIMATtoVMAT(RapidARC)调强适形放射治疗容积旋转调強放疗

(VMAT)通过旋转机架角度形成一个或多个弧进行连续照射:*MLC子野形状*注量-输出率(“剂量率"),*机架旋转速度*改变MLC方向---CedricYu-1995ArtBoyer-2001VMAT-ElektaRapidArc-VarianCBT-Siemense旋转时MLC形成的未调强的射野把发散的未调强射野的射线重新分类为平行束射线所产生的调强野容积旋转调强基本原理ARC1ARC2VMATorRapidARCisan

integrationofgantryrotationandmulti-comformalbeamswithchangebaleweightingsVMATorRapidARCis

an

integrationofgantryrotationandmulti-comformalbeamswithchangebaleweightingsDynamicallychanging

射野参数同时调整GantryAngleGantrySpeedMLCLeave’sPositionCollimatorAngleIndependentJaws

DoseRateMulti-ArcsShortdeliveryTime

实现快速治疗(2-3分钟)ElektaInfinityVMAT(VolumetricModulatedArcTherapy)is

an

integrationofgantryrotationandmulti-comformalbeamswithchangebaleweightingsDynamicallychanging

射野参数同时调整GantryAngleGantrySpeedMLCLeave’sPositionCollimatorAngleIndependentJaws

DoseRateMulti-ArcsShortdeliveryTime

实现快速治疗(2-3分钟)NewApproachesforIMATDelivery

旋转调強(IMAT)技术新进展Simultaneousdynamiccontrol,duringradiationtreatment,of:照射中同时调整下列参数：

VMAT(Elekta方式)RapidArc(Varian方式)

MLCLeavesMLC叶片位置YESYES

CollimatorJaws

独立准直器位置YESYES

Gantry

机架旋转YESYES

CollimatorRotation

准直器旋转YESNO

Doserate

剂量率YESYES

Multiplearcs

多弧旋转YES单弧

Treatmenttimes

照射时间2-3分钟1-2分钟调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:MLC(断层)调强强度分布PositionIntensity步进式螺旋式调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:MLC(断层)调强强度分布PositionIntensity步进式螺旋式调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:电磁扫描调强强度分布PositionIntensity调强治疗实现方法分类Helical(Spiral)TomotherapyHelicalFanBeamRingGantryLinacCTDetectorCTCouchX-RayFanBeamBinaryMLCLeavesBinaryMultileafCollimatorHelicalScanningLaneRosen,MDWillisKnightonCancerCenter调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:NOMOS棋盘准直器强度分布PositionIntensity调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:其它调强方式强度分布PositionIntensity独立准直器移动条调强调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强适形放射治疗调强适形放射治疗调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗调强方式:其它调强方式强度分布PositionIntensity独立准直器移动条调强调强治疗实现方法分类调强适形放射治疗调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法调强适形放射治疗(IMRT)三维治疗计划系统HelaxTMS网络服务器LANTISCT模拟(Plus4)CT/MRI/PET/DSA治疗模拟机3D激光灯射野影像系统（EPID）治疗验证系统活体剂量测量系统调强放射治疗(IMRT)机调强适形放射治疗计算机控制的适形放疗调强适形放射治疗IMRTQA(QC)计划设计与执行过程计划执行过程中QA(QC)

IMRTasaDeliveryProcessDGRTistocontrolthepositionofdosedistributionMLC-integrateddesign,control,leafpositionaccuracy

Linacperformance-Stability,dose/MUforsmallMUfieldsspeed,numberofsteps/subfieldsPrescriptionhandling-speed,connectivity

Dosemodeling-small&dynamicMLCfieldsPatientimmobilization,set-upaccuracyDoseverificationPatientpositionverificationVerificationofMLCdelivery肿瘤定位、计划设计、模拟及验证一般过程患者选择体位确定体位固定CT模拟模拟机定位(3D定位)(2D定位)计划认可计划评估计划设计(2D,3D)剂量验证治疗前模拟照射照射中验证体模中摆位标记患者(X片,CT片)虚拟患者(假体)(DRR片)患者(X片,EDIP片)参考标记调强适形放射治疗肿瘤定位、计划设计、模拟及验证一般过程患者选择体位确定体位固定CT模拟模拟机定位(3D定位)(2D定位)计划认可计划评估计划设计(2D,3D)剂量验证治疗前模拟照射照射中验证体模中摆位标记

患者(X片,CT片)

虚拟患者(假体)(DRR片)

患者(X片,EDIP片)参考标记调强适形放射治疗肿瘤定位、计划设计、模拟及验证一般过程患者选择体位确定体位固定CT模拟模拟机定位(3D定位)(2D定位)计划认可计划评估计划设计(2D,3D)剂量验证治疗前模拟照射照射中验证体模中摆位标记

患者(X片,CT片)虚拟患者(假体)(DRR片)患者(X片,EDIP片)参考标记调强适形放射治疗调强适形放射治疗患者选择体位确定体位固定CT模拟模拟机定位(3D定位)(2D定位)计划认可计划评估计划设计(2D