第12章調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)ppt課件

1、第十二章 三維適形放射治療及調(diào)強(qiáng)放射治療,3DCRT簡介,普放 調(diào)強(qiáng),IMRT概念,1.適型放射治療 (CRT, Conformal Radiation Therapy)： 使腫瘤靶區(qū)的高劑量分布形狀在三維方向上與病變的形狀一致,滿足此條件稱為經(jīng)典適形治療。 2.調(diào)強(qiáng)放射治療 (IMRT, Intensity Modulated Radiation Therapy） ： 首先要滿足適形，另外要滿足靶區(qū)內(nèi)及靶區(qū)表面的劑量處處相等，要求每個射野內(nèi)諸點的輸出劑量能按要求的方式進(jìn)行調(diào)整,IMRT基本概念,1.最小射線束單元，用于強(qiáng)度分布優(yōu)化或計算劑量時分解調(diào)強(qiáng)射線束，是分割出的最小單位 2.劑量限制的

2、確定：將臨床要求用各個體積的劑量要求表達(dá)出來；設(shè)定各劑量限制條件的權(quán)重或優(yōu)先度即優(yōu)化時各個條件的重要程度 3.目標(biāo)函數(shù)：從大量解中搜尋最優(yōu)解的過程 4.最小化的求解 5.照射野角度的確定,X線或CT成像原理,IMRT原理,調(diào)強(qiáng)原理： 利用X射線橫向CT成像的逆原理，得到類似CT橫斷層影像的適形分布，是常規(guī)計劃的逆過程，稱逆向計劃設(shè)計。主要根據(jù)預(yù)期的治療結(jié)果來確定治療方案，按設(shè)計好的強(qiáng)度分布在治療機(jī)上采用調(diào)強(qiáng) 實現(xiàn)方式： 1.逐層旋轉(zhuǎn)治療：步進(jìn)式逐層治療和螺旋斷層治療 2.固定機(jī)架角度多野治療： 分步治療多葉光柵（靜態(tài)調(diào)強(qiáng)）、 移動滑窗式多葉光柵（動態(tài)調(diào)強(qiáng)）等,動態(tài)調(diào)強(qiáng)MLC葉片運動方式圖,IM

3、RT中sliding window技術(shù),Sliding window是滑窗技術(shù)，是在射線不斷的情況下通過調(diào)整葉片運動速度和劑量率來實現(xiàn)調(diào)強(qiáng)。葉片運動完成經(jīng)過驗證后才出光，所以它的劑量是連續(xù)的，它要求葉片位置的精度和速度?；凹夹g(shù)以瓦里安為代表，特點是調(diào)強(qiáng)實現(xiàn)速度快,多葉準(zhǔn)直器動態(tài)調(diào)強(qiáng),實現(xiàn)方式：在照射野范圍內(nèi)，多葉光柵每對葉片總是向同一方向運動，左右葉片運動速度各不相同，通過控制兩個葉片（引導(dǎo)片和跟隨片）的相對位置和停留時間及控制運動速度和改變加速器筆形束輸出強(qiáng)度來實現(xiàn)強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。每對葉片有一縫隙，各個縫隙照射量疊加形成調(diào)強(qiáng)照射野。 優(yōu)點：照射時間短（葉片位置的外部驗證少），射野數(shù)目少，射線利

4、用率較高。 缺點；由于葉片連續(xù)運動，葉片位置驗證十分困難，需要更高的葉片位置和葉片運動速度的控制精度,葉片連續(xù)運動產(chǎn)生的強(qiáng)度曲線圖,多葉準(zhǔn)直器靜態(tài)調(diào)強(qiáng),將計劃要求的強(qiáng)度分布進(jìn)行分級，然后將每一射野分解成一系列子野依次照射，照射完畢后，葉片回位到原來的位置，再照射下一個子野。從而實現(xiàn)計劃要求的強(qiáng)度分布。 優(yōu)點：易與對計劃進(jìn)行驗證。 缺點：耗時較多(每個子野位置都要驗證），子野數(shù)目相當(dāng)多，射線利用率低，葉片間射線漏射量也會增加,IMRT中Step and shot技術(shù),Step and shot是靜態(tài)子野技術(shù)，每個子野間是不出光的，它的劑量是一格一格的，它要求葉片位置的精度和加速器的小跳數(shù)性能。它

5、需要加速管的柵控技術(shù)，否則快速開關(guān)將使射線束劑量不穩(wěn)定。靜態(tài)子野技術(shù)以西門子為代表。治療質(zhì)量易保證，但效率較低,兩種技術(shù)對機(jī)器的要求都很高， 需要做大量的QA和QC,動態(tài)調(diào)強(qiáng)：應(yīng)注意葉片間和葉片弧形端面的穿透射線，葉片間的漏射，輻射頭的散射，每對葉片間的正常最小縫隙的效應(yīng)，采用預(yù)定的劑量率。 靜態(tài)調(diào)強(qiáng)：應(yīng)注意葉片的位置精度，葉片的射線穿透性，葉片間的漏射線，葉片端面半影，小跳數(shù)時劑量率的穩(wěn)定性，射野的均整性、對稱性等,IMRT核心技術(shù),SIB-IMRT技術(shù)（Simultaneous Integrated Boost,同步整合推量加速照射技術(shù)）在同一個計劃中能夠把所有靶區(qū)包括鎖骨上區(qū)涵蓋在同一照

6、射野中，同時實現(xiàn)大野照射及小野的追加劑量照射，即原發(fā)灶區(qū)給予高劑量照射的同時亞臨床灶或選擇性治療區(qū)予以較低劑量的照射。所以同一進(jìn)程中不同靶區(qū)的分次劑量是不同的，必須采用新的分割策略。 優(yōu)點：整個治療過程僅用一個治療計劃。簡單，效率高，不易出錯，適形度好，劑量分布滿意，具有物理和生物優(yōu)化的優(yōu)點,SMART-IMRT技術(shù):(Simultaneous Accelerated Radiation Therapy Boost,同步分段加速照射技術(shù)）：前程IMRT鼻咽和下頸分開照射；或常規(guī)技術(shù)大野照射后，后程IMRT小野補(bǔ)量。 缺點：全程采用兩個放射治療計劃，無法避免放射野的銜接問題。無法體現(xiàn)出IMRT保

7、護(hù)正常器官的優(yōu)勢,IMRT基本概念,1.最小射線束單元，用于強(qiáng)度分布優(yōu)化或計算劑量時分解調(diào)強(qiáng)射線束，是分割出的最小單位 2.劑量限制的確定：將臨床要求用各個體積的劑量要求表達(dá)出來；設(shè)定各劑量限制條件的權(quán)重或優(yōu)先度即優(yōu)化時各個條件的重要程度 3.目標(biāo)函數(shù)：從大量解中搜尋最優(yōu)解的過程 4.最小化的求解 5.照射野角度的確定,IMRT時間劑量分割策略,單次照射劑量與時間劑量分割為： GTV70(2.18Gy/28f+2.24GY/4f=44d) CTV60(2.15Gy/28f/38d) CTV50.4(1.80Gy/28f/38d)。這樣所有的靶區(qū)均在32次44天內(nèi)完成治療。 如果按Alpha/B

8、eta比值來計算BED（生物效應(yīng)劑量），則PTV70的BED值相當(dāng)于常規(guī)放療2Gy照射時的75Gy(2.0Gy/37.5f/50d)， IMRT治療的放射生物學(xué)優(yōu)勢顯而易見,IMRT的優(yōu)勢,1.靶區(qū)劑量分布適形度好：優(yōu)化配置射野內(nèi)各線束的權(quán)重，使高劑量區(qū)分布的形狀在三維方向上與靶區(qū)的實際形狀一致。劑量分布更均勻。 2.靶區(qū)周圍的正常組織受高劑量輻射的體積顯著減少，從而可以較大幅度的增加腫瘤劑量和減少正常組織的受量。提高腫瘤控制率（TCP）和降低正常組織并發(fā)癥的發(fā)生率（NTCP）。 3.潛在的治療效率高，除計算機(jī)控制的多葉光柵（MLC）外，無需其他的射野形狀修飾裝置,4.多劑量水平同步照射：可在

9、一個計劃里同時實現(xiàn)大野照射及小野的追加劑量照射，在每次照射中不同靶區(qū)可以獲得相應(yīng)所需要的劑量而正常組織受照的劑量較低，有重要的放射生物學(xué)意義。 優(yōu)點：精確定位，精確計劃，精確照射。高精度、高劑量、高療效、低損傷。 結(jié)果有四最特點：靶區(qū)的劑量最大，周圍正常組織受量最小，靶區(qū)的定位和照射最準(zhǔn)，靶區(qū)內(nèi)劑量分布最均勻,IMRT的不確定因素,1.靶區(qū)的定義和勾畫差異大；使得GTV劑量分布不確定和靶區(qū)判斷失誤，導(dǎo)致復(fù)發(fā)率增加 2.內(nèi)臟器管在治療與影像檢查時位置的不一致及內(nèi)臟器官的運動（瞬間動態(tài)掃描來確定一段時間的治療計劃）；治療中的擺位誤差和各機(jī)器的系統(tǒng)誤差 4.計劃及實施治療時間相對較長，實際劑量率降低

10、；葉片間漏射線劑量較大 5.多野照射區(qū)范圍過大，低劑量超敏的致癌問題，也是放射線的隨機(jī)效應(yīng)問題,IMRT的實施步驟,患者的選擇： 1.發(fā)生在敏感組織的腫瘤如腦瘤，腦膜瘤，聽神經(jīng)瘤等； 解剖位置復(fù)雜且治療計劃復(fù)雜的病變。如頭頸腫瘤，鼻咽 Ca等 .發(fā)生在敏感組織周圍的腫瘤如中心型肺Ca，食管上段Ca，前列腺Ca等,頭頸腫瘤最適合做IMRT,具備精確放療的基本條件：大部分頭頸部腫瘤對放療較敏感 具備精確放療的可行性：頭頸部器官移動小，易固定 具備精確放療的必要性： 要害器官多切密集 靶區(qū)極度不規(guī)則，GTV與CTV的形狀不一致性較明顯，且變化大 常規(guī)照射技術(shù)的高劑量區(qū)很難與靶區(qū)適形 局部控制率與劑量

11、成明顯的相關(guān)性 正常組織的劑量限制成為提高腫瘤劑量的主要因素 患者生存期長，對生存質(zhì)量要求高,頭頸部腫瘤的特點,由于美容及器官功能的原因，約75%80%頭頸部腫瘤需要放療 頭頸部承擔(dān)多種重要的生理功能： 說，聽，視覺，味覺，嗅覺，進(jìn)食，呼吸，美容等 鱗Ca居多，對放療中度敏感或較敏感 易出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移 遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移率相對較低，局部腫瘤控制即有獲得長期生存的可能 由于其解剖特點，靶區(qū)極度不規(guī)則，常規(guī)照射技術(shù)的高劑量區(qū)很難與靶區(qū)適形且正常組織受量高,頭頸部腫瘤IMRT需要做的工作,診斷確診（病理類型，分期，腫瘤侵犯范圍） 治療前的準(zhǔn)備：患者的準(zhǔn)備；醫(yī)生的準(zhǔn)備；評價患者綜合情況 確定靶區(qū)范圍（GTV1，

12、GTV2，CTV1，CTV2） 了解本科的系統(tǒng)誤差和擺位誤差的范圍和平均值 定義危及器官及限定劑量體積 PTV的設(shè)計 計劃的評估（定量DVH評估，靶區(qū)及危及器官的品質(zhì)評估,CT模擬定位技術(shù),體模選擇：頭頸、上胸段用熱塑體模固定。激光標(biāo)志線盡量用紙膠布貼牢，防止滑脫。胸、腹盆腔用真空體?；驘崴荏w模。 體位：所有病人均為仰臥位。如頭頸及胸上段腫瘤則將手平放兩側(cè)，而胸下段、腹盆腔腫瘤則手抱頭。 掃描層厚及范圍：在含有靶區(qū)的區(qū)域最好3mm，靶區(qū)上下層可以為5-6mm。建議用螺旋掃描，速度快?；疽螅狠喞仨毻暾Ｉ湟胺秶舷峦夥?0cm以上，這樣可以方便設(shè)計非共面野。 增強(qiáng)與否：病人如有最新診斷片，

13、包括CT、MRI可參照，就可不增強(qiáng)。胸腹部增強(qiáng)注射時會改變體位，要注意。 激光線中心盡可能定在靶區(qū)中心。如有條件可先進(jìn)行模擬機(jī)定位，選擇同中心點，避免多次移動中心而出現(xiàn)誤差,靶區(qū)的確定,GTV70是總的肉眼或其它影象檢查可見的原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)區(qū)，外放3-5mm作為PTV70； CTV60是高危淋巴結(jié)區(qū)，它的體積應(yīng)在三維方向上完全包繞GTV及亞臨床病灶，并至少外放5mm的邊界作為PTV60，即使緊靠腦干也不應(yīng)小于1mm。 CTV50.4是低危淋巴結(jié)區(qū)或淋巴引流區(qū)，基本上就是頸部淋巴結(jié)預(yù)防性照射的區(qū)域。PTV一是作為擺位及呼吸運動可變性的補(bǔ)償，二是用所外放的5mm來考慮半影計算時的影響。二是

14、避免靶區(qū)漏照要嚴(yán)格控制靶區(qū)邊緣,敏感組織的確定,勾畫正常器官，不要畫得太小，通常情況下也要在正常組織周圍外放一個散射半影，以正常組織得到很好的保護(hù)，尤其是脊髓0一般要大于1.5cm直徑、腦干應(yīng)比它原來的結(jié)構(gòu)外放1mm。按規(guī)程要求，正常器官要畫14個包括喉45及垂體35（內(nèi)耳/中耳50，顳頜關(guān)節(jié)75，部分舌65，下頜骨75，顳葉65，,限定射野邊界大小的問題,為了避免靶區(qū)在X軸方向的寬度超出多葉光欄在動態(tài)照射時的最大葉片移動范圍14cm，必須限定射野邊界，再增加一個角度相同而部位不同的野 而縱軸Y方向上的Y1和Y2各不能超出20cm,否則MLC葉片運動受限，治療無法進(jìn)行。這些系統(tǒng)原因引起的問題，

15、只有在應(yīng)用中才會發(fā)現(xiàn)并解決。 床的長度系統(tǒng)默認(rèn)cm,照下腹時要注意如前列腺和直腸治療時，中心盡可能往頭端，且長度也會超出系統(tǒng)限定的長度147cm，治療無法進(jìn)行。還要注意后野的投影是否會落在橫桿上,優(yōu)化射野方向和確定射野數(shù)量,IMRT并不能很好的解決器官與靶區(qū)纏繞時的劑量分布問題。無論怎樣限量，僅散射線就足以超過該器官（如晶體）的最高限量了。對頭頸部腫瘤，為了有效地避開晶體、眼球和腦干等重要器官，進(jìn)行非共面設(shè)計非常有效，轉(zhuǎn)動機(jī)架，光欄，床的方向,非共面照射圖1,非共面照射圖2,設(shè)定劑量體積的制約關(guān)系問題,對于靶體積用兩種劑量體積標(biāo)準(zhǔn)限制靶區(qū)冷熱點的出現(xiàn)。優(yōu)先度的設(shè)定應(yīng)根據(jù)GTV和CTV的不同體積

16、要求以及為達(dá)到目標(biāo)劑量的重要程度確定。 對于串型器官脊髓的設(shè)計用1%的體積小于40 Gy，優(yōu)先度高于其他組織，其余優(yōu)先度按腦干，晶體，腮腺等依次遞減，但不能過度降低脊髓腦干的目標(biāo)劑量，否則腮腺難以達(dá)到目標(biāo),位置驗證問題,通過日常的重復(fù)驗證，頭頸部腫瘤的位置驗證的符合率最好，胸腹部腫瘤由于CT和模擬機(jī)采集的是呼吸瞬間的定位情況，誤差大一些，在5mm-1cm左右。 在用模擬機(jī)和電子射野影象系統(tǒng)(EPID)射野驗證時，通過調(diào)整窗寬窗位看結(jié)構(gòu)，頭頸部看得較清楚，胸腹部基本能看清輪廓和骨影。通過圖象疊加（Blend和Split）即拍攝的圖象和DRR重建的圖象進(jìn)行同中心調(diào)整，比對就可看出誤差，如有誤差，可

17、實時糾正,也可在下次治療前糾正,首次治療的擺位問題,首次治療要到治療機(jī)擺位，由于Varian23EX加速器采用整體碳素纖維床面，可移動的橫桿和后斜野塑料窗格板，治療無須移動病人，但對一些非共面野要嚴(yán)格檢查，如果射野的投影落在橫桿上，還是要將橫桿推至中間，并在治療單上注明，避免一些不必要的劑量誤差,劑量驗證問題和MLC葉片的定位精度問題,當(dāng)一個患者的IMRT計劃完成后，為了確認(rèn)計劃的可實施性和劑量準(zhǔn)確度，將該計劃通量圖中MU移至驗證計劃并輸出計劃至加速器，射野垂直水模體出束照射，記錄每個射野的劑量貢獻(xiàn)，根據(jù)電離室測量的數(shù)據(jù)，計算電離室測量點的劑量誤差，將兩者的劑量分別疊放在一起，觀察等劑量線的一

18、致性。 靶區(qū)劑量參考點劑量誤差不超過5%，則認(rèn)為該計劃的劑量精度符合臨床要求，可執(zhí)行，否則要對機(jī)器跳數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整?？傊?，IMRT使用以后，建立常規(guī)質(zhì)保措施，才能保證IMRT的質(zhì)量,治療計劃的可行性評估,整個治療計劃用DVH圖作為定量評估，其中對PTV0 ，PTV60 ，PTV50.4靶區(qū)具體評價標(biāo)準(zhǔn)： 無偏差：的體積接受大于等于的處方劑量或95%的體積覆蓋100%的劑量；所有正常組織都能滿足限量要求。 小偏差：的體積接受大于等于的處方劑量；PTV0 和PTV50.4的體積不能超過的處方劑量；正常組織限量小于5%的目標(biāo)劑量。 大偏差：的體積接受大于等于的處方劑量；正常組織限量大于等于5%的目標(biāo)

19、劑量。 這是按照美國國家臨床實驗中心腫瘤放射治療專業(yè)組所制定的治療鼻咽癌的規(guī)程即2003年9月制定并推廣的RTOG225號規(guī)程,IMRT計劃的實施,要開展IMRT，除了物理師進(jìn)行大量工作外，需要整個科室各個環(huán)節(jié)人員（醫(yī)師、技師、工程師）集思廣益，密切配合，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。 醫(yī)師對CT定位、靶區(qū)和OAR的勾畫、IMRT劑量學(xué)特性有了全新的認(rèn)識，是非常重要的。 而作為IMRT主要治療實施者的技師，處理好等中心精度對于一個好的IMRT計劃能否準(zhǔn)確實施至關(guān)重要。 工程師對新設(shè)備的維護(hù)和修理工作也很重要，尤其是IMRT依賴的MLC的維修，出現(xiàn)報錯的MLC葉片及時更換。 同時，各個專業(yè)人員的責(zé)任心對于

20、IMRT的準(zhǔn)確實施至關(guān)重要！特意提出這一點，因為這點太重要了,放射治療前瞻性探索,1) 圖像引導(dǎo)放療（IGRT）技術(shù)的引進(jìn)； 這是集加速器，CT，TPS，驗證系統(tǒng)于一身的一種最新放療設(shè)備。能實時追蹤靶區(qū)，自動擺位，實時驗證并實時反饋修改治療計劃及實時治療，引導(dǎo)并驗證調(diào)強(qiáng)放射治療等新技術(shù)，帶來了真正意義上的精確治療及體位動態(tài)調(diào)強(qiáng)適形治療。 目前具有這種功能的典型設(shè)備是維斯康辛大學(xué)的TOMOTHERAPY和醫(yī)科達(dá)公司的Elekta SynergyTM全數(shù)字直線加速器,Elekta SynergyTM,2) 四維生物自適應(yīng)放射治療,1.將功能性影像的信息通過放射生物模型與臨床療效建立相關(guān)性，最終做到適合病人特定個體的治療方案。 2.劑量引導(dǎo)放療和循變放療。 生物學(xué)和放射物理學(xué)一起將把臨床放射治療學(xué)推向一個新的頂峰,3) 功能診斷在調(diào)強(qiáng)適形治療中應(yīng)用,PET,CT-PET 正電子發(fā)射斷層 SPECT 單光子發(fā)射斷層 fMRI 功能磁共振成像 17 T MRSI 磁共振譜成像 錐束容積掃描-CT (vCT) 0.1mm,4）多維照射