放射性粒子植入治療腫瘤物理學(xué)基礎(chǔ)

1、粒子植入中的物理學(xué)工作項(xiàng)目與技術(shù)流程的建立計(jì)劃系統(tǒng)驗(yàn)收和試運(yùn)行劑量計(jì)算和計(jì)劃設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)備質(zhì)量保證內(nèi)容 放射性粒子永久性植入的特點(diǎn) 一般臨床特點(diǎn) 臨床物理、劑量學(xué)特點(diǎn) 幾個臨床物理學(xué)問題劑量學(xué)中的幾個基本概念粒子活度選擇治療計(jì)劃概述劑量處方、報(bào)告和評價布源方式外照射放療 分次照射（次） 治療時間長（6周） 場地、設(shè)備要求高 價格昂貴 電子機(jī)械故障導(dǎo)致停機(jī)粒子植入 一次性植入 1-2天的住院或門診治療 場地、設(shè)備要求相對較低 相對便宜 沒有停機(jī)問題一般臨床特點(diǎn) 中短半衰期核素 低能、高線性能量傳遞（LET） 劑量分布特性 劑量率特性 超低劑量率 指數(shù)衰減的劑量率物理、劑量學(xué)特點(diǎn)同位素（天）半衰期

2、常用活度（mCi）90%能量（天）Cs-131I-125Pd-1039.759.417.01.1-1.70.3-0.81.1-1.73319758粒子植入常用的放射性核素 中短半衰期 低能、高線性能量傳遞（LET） 劑量分布特性 劑量率特性 超低劑量率 指數(shù)衰減的劑量率物理、劑量學(xué)特點(diǎn)同位素Cs-131I-125Pd-103光子平均能量（keV）30.428.520.8半價層（mm鉛）稍高于I-1250.025(2cm組織)0.008粒子植入常用的放射性核素北醫(yī)三院北京 Dose rate effect 低OER、高RBE粒子植入的生物學(xué)特點(diǎn) Radiation sensitivity Rec

3、overy Redistribution Repopulation Reoxygenation Irradiated volume 中短半衰期 低能、高線性能量傳遞（LET） 劑量分布特性 劑量率特性 超低劑量率 指數(shù)衰減的劑量率物理、劑量學(xué)特點(diǎn)粒子植入典型的劑量分布I-125外照射粒子植入的劑量分布特性外照射放療 靶區(qū)內(nèi)劑量均勻 正常組織接受中低劑量照射（SRS/SRT，IMRT） 對患者和器官運(yùn)動敏感 受分次擺位誤差影響大粒子植入 靶區(qū)內(nèi)劑量相對不均勻 靶區(qū)外劑量迅速跌落 對患者和器官運(yùn)動不敏感 對單個粒子植入誤差相對不敏感劑量均勻性臨床和實(shí)踐意義 靶區(qū)內(nèi)劑量不均勻性導(dǎo)致局控失敗或壞死（S

4、imon et al 1993）對腫瘤控制意義尚不清楚 靶區(qū)和正常組織移行區(qū)劑量不均勻性 有利于正常組織的保護(hù)對腫瘤控制的意義有待研究 劑量體積處方和約束 粒子活度、布源方式 中短半衰期 低能、高線性能量傳遞（LET） 劑量分布特性 劑量率特性 超低劑量率 指數(shù)衰減的劑量率物理、劑量學(xué)特點(diǎn)高劑量率 12 Gy/h中劑量率 412 Gy/h低劑量率 24 Gy/h125I0.07 Gy/h103Pd0.20 Gy/h超低劑量率幾個臨床物理學(xué)問題 低OER、高RBE 劑量學(xué)中的幾個基本概念 粒子和活度選擇 治療計(jì)劃概述劑量處方、報(bào)告和評價 布源方式 低OER、高RBE劑量學(xué)中的幾個基本概念 放射性

5、核素和放射性粒子 能量、活度和強(qiáng)度 劑量率、劑量和累積劑量 生物等效劑量粒子植入常用的放射性粒子 低OER、高RBE劑量學(xué)中的幾個基本概念 放射性核素和放射性粒子 能量、活度和強(qiáng)度 劑量率、劑量和累積劑量 生物等效劑量 顯活度(Aapp, 單位mCi) 與給定包裹源具有相同Kerma非濾過點(diǎn)源活度 空氣比釋動能強(qiáng)度(Sk單位U) 1 U = 1 cGy cm2 h-1 空氣比釋動能和顯活度間的關(guān)系 0.876X1.45=1.27 U/mCi (125I) , 1.29 U/mCi (103Pd), 0.638 U/mCi (131Cs)S k / Aapp ( ) x W / e粒子活度和強(qiáng)度

6、幾個臨床物理學(xué)問題 低OER、高RBE 劑量學(xué)中的幾個基本概念 粒子活度選擇 治療計(jì)劃概述劑量處方、報(bào)告和評價 布源方式粒子活度選擇 低OER、高RBE半衰期射線能量靶區(qū)和危及器官幾何關(guān)系粒子間距和劑量均勻性粒子數(shù)目和時間、經(jīng)濟(jì)成本粒子活度的劑量學(xué)效應(yīng)相同處方劑量，粒子活度增加粒子數(shù)、植入針數(shù)下降手動計(jì)劃設(shè)計(jì)難度增加均勻性、危及器官保護(hù)計(jì)劃優(yōu)化活度選擇范圍可以擴(kuò)大些 低OER、高RBE粒子活度選擇示例 前列腺癌：0.4 mCi（ 0.3-0.7 mCi ） 胰腺癌： 0.5 mCi 頭頸部腫瘤：0.7-0.9 mCi 直腸、婦科復(fù)發(fā)腫瘤 肺癌幾個臨床物理學(xué)問題 低OER、高RBE 劑量學(xué)中的幾

7、個基本概念 粒子和活度選擇 治療計(jì)劃概述布源方式劑量處方、報(bào)告和評價治療計(jì)劃目的和意義 低OER、高RBE指導(dǎo)訂購粒子指導(dǎo)術(shù)中植入劑量學(xué)評價技術(shù)項(xiàng)目評價和改進(jìn)臨床劑量體積效應(yīng)評價與分析治療計(jì)劃 低OER、高RBE計(jì)劃方式手工計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)公式(Nomograph)計(jì)算機(jī)化的計(jì)劃設(shè)計(jì)模擬計(jì)劃和實(shí)際計(jì)劃技術(shù)項(xiàng)目流程（術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后）術(shù)前計(jì)劃和術(shù)中計(jì)劃 低OER、高RBE術(shù)前計(jì)劃指導(dǎo)訂購粒子和術(shù)中植入術(shù)中計(jì)劃指導(dǎo)術(shù)中植入和劑量學(xué)評價必須做術(shù)前計(jì)劃不做術(shù)中計(jì)劃可以不做術(shù)前計(jì)劃做術(shù)中計(jì)劃術(shù)后計(jì)劃 低OER、高RBE劑量學(xué)評價和項(xiàng)目改進(jìn)術(shù)前、術(shù)中劑量體積處方和約束術(shù)后劑量學(xué)驗(yàn)證必要性和時機(jī)選擇前列腺癌非前列

8、腺癌幾個臨床物理學(xué)問題 低OER、高RBE 劑量學(xué)中的幾個基本概念 粒子和活度選擇 治療計(jì)劃概述布源方式劑量處方、報(bào)告和評價布源方式 低OER、高RBE目的和評價方式理想的劑量分布橫斷面劑量分布圖劑量體積直方圖限制條件靶區(qū)和危及器官幾何位置關(guān)系處方劑量和耐受劑量影像引導(dǎo)和穿刺、植入技術(shù)的限制布源方式 低OER、高RBE現(xiàn)實(shí)選擇均勻布源計(jì)劃優(yōu)化ABS推薦的前列腺的布源方式改進(jìn)的均勻植入改進(jìn)的周圍植入計(jì)劃優(yōu)化逆向計(jì)劃 低OER、高RBE幾個臨床物理學(xué)問題 劑量學(xué)中的幾個基本概念 粒子和活度選擇 治療計(jì)劃概述 布源方式 劑量處方、報(bào)告和評價劑量處方報(bào)告和評價的意義 低OER、高RBE指導(dǎo)計(jì)劃設(shè)計(jì)和術(shù)

9、中植入技術(shù)項(xiàng)目評價和改進(jìn)技術(shù)推廣與規(guī)范化臨床劑量體積效應(yīng)研究近距離治療劑量學(xué)目的 低OER、高RBE給予靶區(qū)盡可能高的最低劑量每個放射源周圍高劑量區(qū)范圍盡可能小，避免過度壞死盡量控制劑量不均勻性避免冷點(diǎn)、限制熱點(diǎn) 低OER、高RBE近距離治療劑量學(xué)原則 靶區(qū)表面產(chǎn)生均勻劑量 限制靶區(qū)內(nèi)超高劑量區(qū)范圍 靶區(qū)外劑量迅速跌落劑量處方 低OER、高RBE 劑量分布特點(diǎn)及其臨床意義 劑量處方在包含靶體積的等劑量面上 處方劑量通常以計(jì)劃達(dá)到的靶區(qū)最低劑量表示 粒子植入中通常使用mPD(minimum peripheral dose) 低OER、高RBE mPD (minimum peripheral do

10、se) D100mPDMPD (matched peripheral dose)，目前很少使用 低OER、高RBE劑量處方內(nèi)容和適用范圍內(nèi)容 靶區(qū)和危及器官定義 靶區(qū)劑量體積處方 危及器官的劑量體積約束適用范圍 術(shù)前和術(shù)中計(jì)劃劑量處方示例前列腺癌 低OER、高RBEPd-103 90-100 Gy mPDI-125 100-110 Gy mPDCs-131 85 Gy mPD 單純粒子植入Pd-103 125 Gy mPDI-125 145 Gy mPD Cs-131 115 Gy mPD 低OER、高RBE劑量報(bào)告與評價 靶區(qū)和危及器官定義 靶區(qū)和危及器官劑量體積分布 影像引導(dǎo)和植入方式（流

11、程） 粒子的描述 核素種類、粒子類型 活度 低OER、高RBE靶區(qū)和危及器官劑量體積分布 橫斷面劑量分布圖 劑量體積直方圖術(shù)中、術(shù)后計(jì)劃 前列腺癌 非前列腺癌 低OER、高RBE植入方式 植入流程 計(jì)劃方式 布源方式 低OER、高RBE劑量學(xué)報(bào)告與評價示例前列腺癌推薦的術(shù)后劑量學(xué)評價參數(shù) 前列腺劑量V100, V150, V200, D90 尿道劑量UV125, UV150, UD50, UD30, UD5 直腸劑量RV100Pro-Qura: University of Washington, Seattle, community-based直腸劑量效應(yīng)關(guān)系放射性直腸炎9%, 植入時R100小于1.00cc時2%術(shù)后驗(yàn)證R100小于1.30cc 5年2級直腸炎5%, 大于1.30cc，18%術(shù)中R100 0.5 cc, 直腸漏小于%，建議可以進(jìn)一步限制R50水腫影響, 術(shù)后驗(yàn)證時直腸表面劑量大于植入時50%直腸晚期并發(fā)癥和MPD、粒子活度和總活度沒有關(guān)系Herstein 2005, Snyder 2001Mayadev 2007, Taussky D 2006W