李英放射物理

1、1 一一. . 常用放射源及其射線的物理特性常用放射源及其射線的物理特性 二二. . 放射線的臨床劑量學(xué)特性和測量放射線的臨床劑量學(xué)特性和測量 三三. . 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 2 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 放射治療的基本原則和目放射治療的基本原則和目的的 盡可能的提高腫瘤組織劑量；盡可能減少正常組織劑量盡可能的提高腫瘤組織劑量；盡可能減少正常組織劑量 治療增益比治療增益比= 腫瘤組織（靶區(qū)）所受劑量放射治療的目的腫瘤組織（靶區(qū)）所受劑量放射治療的目的 正常組織所受劑量正常組織所受劑量 外照射放射治療技術(shù)種外照射放射治療技術(shù)種類類 3 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 立體定向放射

2、治療立體定向放射治療（ stereotactic radiotherapy，簡稱，簡稱SRT ） 是指采取等中心技術(shù)，是指采取等中心技術(shù)，非共面多弧照射實現(xiàn)多個小野三維集束照射非共面多弧照射實現(xiàn)多個小野三維集束照射 病變病變，使其病灶區(qū)域受量很高，而周圍正常組織受量很低。如為，使其病灶區(qū)域受量很高，而周圍正常組織受量很低。如為小野三小野三 維集束維集束單次大劑量單次大劑量照射病變照射病變 ，則又稱為，則又稱為立體定向放射外科立體定向放射外科stereotactic radiosurgery，簡稱，簡稱SRS 。 根據(jù)其使用的射線不同根據(jù)其使用的射線不同(線或線或線線)故稱為故稱為刀或刀或刀。猶

3、如外科手術(shù)刀。猶如外科手術(shù) 刀切除病灶一樣。刀切除病灶一樣。直徑直徑3cm 立體定向放射治療立體定向放射治療 4 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療(intensity modulated radiation therapy) ： 在照射方向上，照射野的形狀與病變在照射方向上，照射野的形狀與病變(靶區(qū)靶區(qū))的形狀一致，并且每一的形狀一致，并且每一 個射野內(nèi)諸點的輸入劑量率能按要求的方式進行調(diào)整，使靶區(qū)內(nèi)及表個射野內(nèi)諸點的輸入劑量率能按要求的方式進行調(diào)整，使靶區(qū)內(nèi)及表 面的劑量處處相等，以達到高劑量區(qū)劑量分布的形狀在三維面的劑量處

4、處相等，以達到高劑量區(qū)劑量分布的形狀在三維(立體立體)方向方向 上與靶區(qū)的實際形狀一致。僅滿足第一個條件的為上與靶區(qū)的實際形狀一致。僅滿足第一個條件的為三維適形放射治療三維適形放射治療 (three-dimensional conformal radiation therapy,3DCRT) 5 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 6 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 7 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強放射治療調(diào)強放射治療 劑量學(xué)優(yōu)點：劑量學(xué)優(yōu)點： 可使高劑量區(qū)分布，在3D空間上更接近靶

5、區(qū)的實際形狀， 特別是當靶區(qū)形狀為凸型及凹型時, 非IMRT技術(shù)無法實現(xiàn) 靶區(qū)邊緣劑量梯度差可較常規(guī)放療更銳利(8-18%/mm) 一次照射過程中可以給不同的靶區(qū)以不同的劑量。 8 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) IMRT是利用多個照射野、眾多子野，調(diào)整是利用多個照射野、眾多子野，調(diào)整射野內(nèi)諸點的輸入劑量率，射野內(nèi)諸點的輸入劑量率，其結(jié)果可其結(jié)果可 達到高劑量區(qū)的分布和達到高劑量區(qū)的分布和PTV形狀完全一致形狀完全一致 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式 電動多葉光柵調(diào)強技術(shù) ML靜態(tài)調(diào)強 MLC動態(tài)調(diào)強 動態(tài)弧形調(diào)強技術(shù) 斷層調(diào)強技術(shù) 9 三放射

6、治療技術(shù)三放射治療技術(shù) MLC靜態(tài)調(diào)強：靜態(tài)調(diào)強： Stop & Shot 該技術(shù)是把每個照野的強度分級，并把每一照野分為多個子 野(Segments)依次進行疊加式照射，每一個子野完成后射束處 于”off狀態(tài)，MLC變換模式完成后，加速器再處于出束狀態(tài)照射 優(yōu)點： 容易對計劃進行驗證 缺點： 射線利用率低 費時間 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式 10 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式 MLC動態(tài)調(diào)強動態(tài)調(diào)強 (Dynamic）：）： 通過計算機控制兩對葉片(引導(dǎo)

7、片和跟隨片)的相向運動由于兩對 葉片的相對位置、運動速度和停留時間不同實現(xiàn)調(diào)強技術(shù), 機架角度 不變時，在每個子野治療的過程中，MLC在照射過程中不斷自動變換模 式射束始終處于“on”狀態(tài) 優(yōu)點：自動化程度高, 速度快 缺點：浪費射線 驗證較困難 11 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式 旋轉(zhuǎn)照射野實現(xiàn)調(diào)強旋轉(zhuǎn)照射野實現(xiàn)調(diào)強() 是在機架旋轉(zhuǎn)的同時，由MLC形成的射野形狀始終處于不斷的變 化狀態(tài),一般為每5-10自動變換照射野的形狀,照射弧的數(shù)目由所 照射靶區(qū)的強度分級決定, 每一條照射弧對應(yīng)一個子野 優(yōu)點：不存在銜

8、接野劑量的冷熱點 射線利用率高 缺點：對TPS 的技術(shù)要求更高 計劃驗證有一定困難 12 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式 斷層式調(diào)強治療 治療床步進式掃描照射技術(shù)治療床步進式掃描照射技術(shù), , 每個治療層面分別照射。該系統(tǒng)主要每個治療層面分別照射。該系統(tǒng)主要 有三部分組成有三部分組成: : 小多葉光柵小多葉光柵 : : 由由2020對對(40(40個個)8cm)8cm厚的葉片組成，每個葉片可獨立運動厚的葉片組成，每個葉片可獨立運動(2)(2) 高精度治療床高精度治療床: :該床的運動誤差為該床的運動誤差為0.1-

9、0.2 mm0.1-0.2 mm，可自動控制病人在長軸方，可自動控制病人在長軸方 向的運動向的運動 治療計劃系統(tǒng)：治療計劃系統(tǒng)： 該技術(shù)的缺點是照射野銜接處的冷熱點問題該技術(shù)的缺點是照射野銜接處的冷熱點問題 特別在照射運動性靶區(qū)腫瘤時存在明顯的缺陷特別在照射運動性靶區(qū)腫瘤時存在明顯的缺陷 建議主要用于頭顱病變和前列腺癌的治療建議主要用于頭顱病變和前列腺癌的治療 13 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式調(diào)強束常見常見的實現(xiàn)方式 螺旋式斷層照射調(diào)強技術(shù)（螺旋式斷層照射調(diào)強技術(shù)（spiral or Helical Tometherapy ） 螺旋

10、式斷層照射其原理類似螺旋CT掃描射束在機架上由64個葉片組 成在治療過程中人體沿長軸方向連續(xù)運動通過環(huán)形機架時,扇形束呈不 間斷的360繞病人旋轉(zhuǎn)照射 優(yōu)點 不存在照射野銜接處劑量的冷熱點 該系統(tǒng)可集腫瘤診斷、定位、計劃設(shè)計 缺點 治療技術(shù)實施太困難 設(shè)備造價高 14 輸入患者一般信息和圖像 登記和配準圖像 定義解剖結(jié)構(gòu) 給定處方劑量要求 實施計劃(即治療) 驗證治療計劃 調(diào)整射野參數(shù) 評價治療計劃， 計劃是否滿意 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 是 否 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 15 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射

11、治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 16 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 17 腫瘤體積 (gross tumorvolume,GTV) 內(nèi)靶體積(ITV) 計劃靶體積 (planning target volume,PTV) 治療體積 照射體積 臨床靶體積 (clinical target volume,CTV 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 18 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 危險器官(organs at risk,OR):

12、I類: 放射損傷是致死的或可導(dǎo)致嚴重疾患(晶體、脊髓) II類: 放射損傷可導(dǎo)致中度輕度疾患 III類:放射損傷是暫時的,可逆的 或不會引起明顯疾患 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 19 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 器官器官 劑量（劑量（GyGy） 體積（體積（% %） 腦干 5054 0 眼晶體 8 0 視神經(jīng)視交叉 50 0 腮腺 2530 50 脊髓 4045 0 單肺 30 40 40 30 雙肺 20 2530 30 18 食管 6070 0 心臟 50 50

13、 腎臟 25 33 肝臟 30 33 直腸 50 50 膀胱 60 50 股骨頸 50 550 5 20 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 21 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 22 劑量顯示和計劃評估工具 劑量體積直方圖(DVH) 是描述某一感興趣的區(qū)域如靶區(qū)、重要器官，照射劑量水 平和照射體積之間的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系的直方圖, 有積分和微分兩種形式 平面劑量分布圖(橫斷面、冠狀面、矢狀面) 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治

14、療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 23 劑量體積直方圖(DVH)的應(yīng)用 對于靶區(qū)而言： 積分DVH曲線越陡 表示靶區(qū)劑量分布越均勻 積分DVH曲線越靠右 表示靶區(qū)受照劑量越高 對危及器官而言： 一個計劃的曲線總在另一個計劃 的左側(cè)前一個計劃優(yōu)于后一個 有交叉以器官類型而定 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 24 25 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 26 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射

15、 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 27 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 28 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 靶區(qū)靶區(qū)(腫瘤腫瘤) 劑量驗證劑量驗證 點劑量驗證：保證每一患者得到安全有效的精確治療點劑量驗證：保證每一患者得到安全有效的精確治療 保證靶區(qū)劑量的精確性達到保證靶區(qū)劑量的精確性達到5 面劑量驗證：面劑量驗證：Map check和MatriXX二維半導(dǎo)體和電離室矩陣 29 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)

16、強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 靶區(qū)靶區(qū)(腫瘤腫瘤) 位置驗證位置驗證 放射治療的擺位誤差，靶區(qū)移位和變形的影響，呼吸運動的影響放射治療的擺位誤差，靶區(qū)移位和變形的影響，呼吸運動的影響 圖像引導(dǎo)放射治療（image-guided radiotherapy , IGRT） 放射治療機與成像設(shè)備結(jié)合在一起,在治療時采集有關(guān)的圖像 信息,確定治療靶區(qū)和重要結(jié)構(gòu)的位置、運動,并在必要時進行位置 和劑量分布的校正。 30 KV級X射線球管 MV級探測器陣列 40對葉片MLC KV級探測器陣列 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 三三.

17、 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 錐形束CT:由患者周圍不同角度采集得到的一組開野投射圖像重建而由患者周圍不同角度采集得到的一組開野投射圖像重建而 成，使用二維的探測器陣列成，使用二維的探測器陣列, ,直接形成三維圖像直接形成三維圖像, ,不需要旋轉(zhuǎn)機架和移不需要旋轉(zhuǎn)機架和移 動治療床動治療床, ,沒有斷層偽影沒有斷層偽影 31 共軌CT(CT-on-rails)技術(shù) 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 32 Tomotherapy系統(tǒng) Linac Pulse Forming Network and Modulator De

18、tector Beam Stop High Voltage Power Supply Control Computer Magnetron Data Acquisition System Circulator Gun Board 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 33 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 34 標記物到達某一位置或到達某一時相 觸發(fā)加速器射束 探測預(yù)先置于腫瘤中的金屬標記 放療 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 三三

19、. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 實時跟蹤技術(shù) 35 放 射 治 療 計 劃 的 設(shè) 計 流 程 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 調(diào)強適形放射治療調(diào)強適形放射治療 自適應(yīng)放療 自療程開始每個分次治療時獲取二維或三維圖像 離線方式測量每次擺位誤差 預(yù)測整個療程的擺位誤差 調(diào)整PTV與CTV間距 修改治療計劃 實施后續(xù)分次治療 個 體 化 治 療 36 謝謝 謝謝 ！ 37 三三. 放射治療技術(shù)放射治療技術(shù) 立體定向放射治療立體定向放射治療（ stereotactic radiotherapy，簡稱，簡稱SRT ） 是指采取等中心技術(shù)，是指采取等中心技術(shù)，非共面多弧

20、照射實現(xiàn)多個小野三維集束照射非共面多弧照射實現(xiàn)多個小野三維集束照射 病變病變，使其病灶區(qū)域受量很高，而周圍正常組織受量很低。如為，使其病灶區(qū)域受量很高，而周圍正常組織受量很低。如為小野三小野三 維集束維集束單次大劑量單次大劑量照射病變照射病變 ，則又稱為，則又稱為立體定向放射外科立體定向放射外科stereotactic radiosurgery，簡稱，簡稱SRS 。 根據(jù)其使用的射線不同根據(jù)其使用的射線不同(線或線或線線)故稱為故稱為刀或刀或刀。猶如外科手術(shù)刀。猶如外科手術(shù) 刀切除病灶一樣。刀切除病灶一樣。直徑直徑3cm 立體定向放射治療立體定向放射治療 38 三放射治療技術(shù)三放射治療技術(shù) IMRT是利用多個照射野、眾多子野，調(diào)整是利用多個照射野、眾多子野，調(diào)整射野內(nèi)諸點的輸入劑量率，射野內(nèi)諸點的輸入劑量