肿瘤放射物理-立体定向放射手术和立体定向放射治疗

第七章特殊治疗技术立体定向放射手术和立体定向放射治疗概念一、立体定向放射手术(SRS)定义：指将多个小野三维集束单次大剂量照射头颅内某一局限性靶区，使之发生放射反应，而靶区外周围的正常组织因剂量的迅速递减而免受累及，从而在其边缘形成陡峭的剂量跌落界面，达到类似外科手术效果的放射治疗技术。适应于脑血管畸形、良性肿瘤、恶性肿瘤、颅脑功能性病变等。二、立体定向放射治疗(SRT)：利用立体定向放射外科手术的方法，尤其是它的立体定向的固定方法和影像技术，与标准放射治疗分次方法相结合的一种治疗技术。分成两类（1）分次大剂量照射，即分次剂量大于常规放射治疗的分次剂量。多采用圆小野多弧非共面聚焦方法。（2）利用立体定向技术进行常规分次的放射治疗技术。称做三维适形放射治疗技术，多采用多叶光栅技术。立体定向放射治疗设备1.

γ-刀多个小野集束定向单次大剂量集中照射颅内的小病变。γ

-刀有201个钴-60源半球形分布在治疗头中。201条射束在一个焦点上相交2.以加速器为基础的SRS/SRT示意3.赛博刀（Cyberknife）呼吸追踪摄像机Treatmentcouch直线加速器RobotarmX线摄像机X-raysources靶区追踪系统γ射线立体定向放射治疗（一）γ射线立体定向放射治疗的概念：利用立体定向技术确定颅内靶区，用多野γ射线集束大剂量照射治疗的技术。（二）γ射线立体定向放射治疗的设备叫做γ-刀设备。医科达

γ

-刀（GammaKnife

）准直器支撑架自动摆位系统治疗床防护板屏蔽门

屏蔽

钴－60源

塑料罩

射束通道带准直器的头盔治疗位置的头盔1967年，Leksell首先研制的γ-刀系统有179个钴源；第二代采用201个钴源，每个钴源的活度为30Ci,源到焦点的距离为39.5mm,焦点平面处的照射野直径为4mm,8mm,14mm,18mm.

国产γ-刀系统采用30个钴源，总活度为6000Ci,源焦距为40mm,用旋转的方法实现多野集束照射。最大照射野直径为18mm.

γ-刀装置γ射线立体定向放射治疗的实现方式

γ-刀的治疗程序为头钉固定头架、影像学定位、治疗计划设计、照射治疗四个步骤。SRS的完成步骤用立体定位框固定病人用先进的影像设备给病变定位用三维治疗计划系统制定精确的治疗方案按照治疗方案实施治疗X(γ)射线SRT（SRS）剂量分布

的特点1小野集束照射，剂量分布集中；2靶区周边剂量变化梯度较大；3靶区内及靶区附近的剂量分布不均匀；4靶周边正常组织的剂量很小。这种剂量分布就像一把尖刀插入病变内。靶区定位的1mm误差可以引起靶周边最小剂量（参考剂量线剂量）变化约10%的量级。由此可见，靶区精确定位和正确摆位是SRT(SRS)治疗成功的关键，任何粗心大意都会造成不可挽回的损失。X射线立体定向放射治疗

（一）X射线立体定向放射治疗的概念：利用直线加速器产生的x射线在对小病灶以单次或多次大剂量照射的同时，使周边正常组织内受到很小的剂量，病变边缘形成锐利如刀割的高梯度剂量分布。以加速器为基础的

立体定向装置brainlab立体定向硬件（二）X射线立体定向放射治疗设备硬件组成1.立体定向系统：核心部件为基础环，通过螺钉固定在病人的颅骨上，把病人的头颅也固定在一个特定的三维坐标系统内，在影像定位、治疗摆位时通过适配器把基础环固定在扫描床或治疗床上，达到定位、计划设计、摆位在三维空间坐标系统中的统一。它是患者治疗部位的的参照物。它分成有创型和无创型。有创头环

碳纤维支架

无伪影的固定头钉轻而且坚固的框架双向扭矩扳手BrainLAB基础头环

无损伤面罩系统2.治疗准直器X射线SRT

(SRS)

的治疗准直器通过准直器适配器附加在直线加速器的治疗准直器下端，形成三级准直器。它们的内径一般为圆锥形，在等中心处最大直径为50mm

。德国博医来公司有可在筒内加铸成型铅块的准直器以及可在照射过程中改变射野形状的自动微型多叶准直器。以加速器为基础的SRS/SRT准直器的几种方式3.头部定位框

CT/X-线定位参考系统

CT定位线通过正方形线框对血管造影定位4.床头适配架

可以在X,Y,Z轴按照刻度进行调节

倾斜调节旋钮

调节锁定螺杆便捷安装固定螺杆头环适配器SRS/SRT的摆位和治疗6.体部立体定向使用的定位框架体部病人必须找到起到坐标系参照物作用办法（1）体内特殊标记；（2）体外标记；（3）体内置金点标记。

三种方法都不能克服呼吸和器官运动对位置精度的影响。(三)治疗计划系统三维治疗计划系统是X(γ)射线SRT(SRS)治疗系统中不可缺少的极其重要的组成部分。它的重要任务是：1.根据输入的带有定位标记的CT/MRI/DSA

图象，重建出包括体表轮廓在内的病变和重要器官以及组织结构的治疗部位的三维图象。2.规划射野入射方向、大小、形状、等中心位置

和剂量权重，制定出优化剂量分布的治疗方案。打印输出治疗方案的细节和治疗摆位的详细数据。X(γ)射线SRT(SRS)

计划系统应具备的功能1.系统必须是三维的，包括三维图象重建及显示功能，能进行CT/MRI/DSA的融合；2.剂量计算必须是三维的，剂量归一方式及参考剂量线

(面)的选取必须遵从ICRU第50号报告的有关规定；3.应能显示以CT/MRI/DSA图象为背景、并通过病变及重要器官的横断、冠状、矢状面内的等剂量分布曲线；有射野方向观(BEV)功能；能显示靶区及重要器官与组织内的剂量体积直方图(DVH)；4.可进行靶体积与等剂量面的三维显示。A治疗计划系统应具备的影像处理功能BEV和三维显示DVH曲线（三）X射线立体定向

放射治疗的实现方式非共面多弧度聚束照射,动态立体放射手术及锥形束旋转聚焦技术。处方剂量和剂量分次1SRS：单次，主要适用于功能性、良性肿瘤。2SRT：大分割照射。（二）严格实施治疗

保证和质量控制

治疗过程中的质量保证建立和严格遵守质量保证规范。SRT(SRS)质量保证的日常步骤高质量的CT扫描检查病人的固定和摆位逐项检查治疗计划认真的治疗机准备全部检查无误后才能开始治疗1.高质量的CT扫描512x512高分辨率扫描扫描间隔头部3mm,体部5mm或更小头部扫描范围要包括头顶体部扫描范围应包括照射野可能穿过的部分2.治疗机准备治疗机等中心检查“Winston-Lutz”验证激光灯精度

-机架和治疗床的灯中心精度1)将金属棒的尖端对准定位激光灯的交点2)将一个装有直径为3mm小钨球的塑料棒替换以上的金属棒3)在机架的胶片夹上夹好胶片4)使射束从多个不同的角度通过小钨球对胶片照射5)用小钨球在胶片中投照的影子可以验证治疗机等中心和激光灯的精度。3.检查治疗计划的正确性处方剂量归一化剂量靶区剂量分布靶区周围正常组织剂量要害器官所受剂量4.病人的固定和摆位检查各种固定部件的安装情况检查病人的固定和摆位是否准确检查准直器大小是否正确第六章三维适形和调强放射治疗放射治疗的最终目的是用射线彻底杀灭肿瘤，并最大限度地保护正常组织和重要器官。因此理想的放射治疗技术应按照肿瘤形状给靶区很高的致死剂量，而靶区周围的正常组织不受照射。一、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一、3D-CRT通过共面或非共面照射技术，使用一系列不同权重，不同形状和大小的射野，结果使高剂量曲线的形状和靶区的形状完全一致。适形指数CI=TV/PTV处方剂量：使95%的等剂量曲线包绕受照体积：V953D-CRT主要步骤体位固定CTSim，勾画轮廓和靶区，确定照射中心计划设计及计划评估计划模拟及执行治疗⑴患者的固定医生根据患者肿瘤的部位和大小以及邻近重要器官的位置确定扫描范围，按照治疗部位和所采用的治疗技术对患者进行固定。患者体位固定的各种方式头颈部的固定器材用于不同体位固定的造型⑵在确定的范围内对患者进行CT扫描。⑶将CT图像传到模拟工作站，进行虚拟模拟，给患者做好标记。然后在模拟工作站上描绘出患者治疗部位的重要结构、肿瘤和靶区的轮廓。（4）勾画病人的靶区和解剖结构

A.

按照ICRU50号报告和62号报告的规定勾画肿瘤和靶区（由医生完成）：

靶区显见肿瘤靶区（GTV）：可看到的可摸到的影像学的临床靶靶区（CTV）：GTV＋亚临床病变

要根据临床经验来决定脏器病人计划靶靶区（PTV）：CTV＋活动度＋机器和摆位精确度

这是一个几何概念，随病人及部位而改变调强:

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疗对设备的要求调强适形放疗是高精度的放疗，要求：

1靶区及重要器官的三维空间定位要求有现代的CT、PET、MRI等。

2需要分次放疗，要求立体定向定位摆位框架。设备要求：

治疗计划系统

调强治疗机

CT模拟定位机

网络服务器

剂量测量验证设备调强适形放射治疗(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开展调强的原因：肿瘤内部组织不均匀，肿瘤的组织密度、增殖能力、乏氧情况及放射敏感性不同，要求不同的照射剂量开展IMRT治疗的临床原因放疗中约有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。调强适形放射治疗问题：凸形靶区(70%)IMRT原理问题：凹形靶区(30%)IMRT原理IMRT原理调强适形放射治疗

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三、临床适应症调强适形放射治疗的目的及定义调强适形放射治疗四、实现调强方式调强治疗实现方式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治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法传统的强度调制方法楔形板物理补偿器部分透射挡块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加工组织补偿器的自动切削机补偿的方式右图为3D切割原理示意；右下图表示用泡沫塑料切割出补偿器形状然后填入防护材料；左下图表示直接用防护材料切割补偿器

使用物理补偿器方法进行调强对设备要求比较低，相对费用较少，且验证简单，适合于经费不太充足的医院。但是这种方法制作补偿器费时、费力，每个照射野都需要技术员进治疗室去摆位，所以每次治疗时间长，操作人员的劳动强度大。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

静态调强（SMLC，也叫分段式调强，stepandshoot，或stopandshoot），是由逆向调强计划系统根据临床数据将各个照射野要求的强度分布进行分级，利用MLC将每个照射野分成若干个子野，每个子野内的强度是均匀的。优化计算赋予每个子野不同的权重，所有照射野的子野都被优化为产生期望的治疗计划。治疗时各个子野分步按顺序进行。在实施治疗过程中，叶片运动到第一个子野规定的位置停下，加速器出束，出到规定MU数后停止；然后叶片运动到下一个子野的规定位置停下后加速器再出束

。StepandShoot3.MLC设置2.MLC设置1.MLC

设置

1/3

剂量

1/3

剂量

1/3

剂量相加后的总剂量

2/3

剂量Step&ShootIMRTStepandShoot调强适形放射治疗调强治疗实现方式的分类Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)调强实现方法动态调强（DMLC）

SlidingWindow普通MLC动态调强（DMLC）是利用多叶准直器相对应的一对叶片的相对运动来实现对照射野内强度的调节。在每个照射野的照射过程中，由计算机系统按照调强计划给出的数据进行控制，在各对叶片作变速运动时，加速器不停地以变化的剂量率出束，由此得到所要求的强度分布。

叶片运动方向左叶片右叶片出束时间P滑窗式–

基本原理辐射SlidingWindowIm?mm1mm平滑的强度分布多叶准直器

两种调强的比较静态调强

StepandShoot动态调强SlidingWindowIMAT实现过程在360°范围内Gantry连续旋转的过程中,机器连续出束直至完成治疗.三大可调参数

DoseRate;MLCLeaf位置；

Gantry速度。VMAT技术医科达VMATVarian的RapidArcVMART特点治疗时间短低MU照射RapidArc™

特点–

低MUMUPaedPelvisPaedLiverHNProstateAnalCStereoRapidArc590355504694538522IMRT100968190311741295-减少%42%48%44%41%58%-*在各治疗部位的总治疗路数均有显著降低低MU

调强后放射激发肿瘤的可能性大为下降**治疗时间的充分减少带来：病人耐受力也是有限的提高病人的舒适度内部器官持续运动提高治疗精度和可靠性提高治疗效率。几乎所有大治疗中心的加速器都不够用。降低机器损耗和停机率，延长使用寿命.传统调强治疗（包括螺旋治疗方式）是一种慢速治疗传统动态调强治疗:5-10分钟传统的多野静态IMRT治疗:15-40分钟螺旋断层治疗:20-60分钟机械臂方式:…甚至长达80分钟RapidArc™

特点–

低治疗时间Vmat特点：出色的剂量分布1685MU49