腫瘤放射物理學(xué)-治療計劃設(shè)計的物理原理和生物學(xué)基礎(chǔ)

臨床劑量學(xué)四原那么腫瘤劑量要求準確治療的腫瘤區(qū)域內(nèi)，劑量分布要均勻〔劑量變化不超過±5%〕照射野設(shè)計應(yīng)盡量提高治療區(qū)域內(nèi)劑量，降低照射區(qū)正常組織受量范圍保護腫瘤周圍重要器官免受照射2024/1/301理想劑量學(xué)曲線2024/1/302治療方案設(shè)計的

物理原理和生物學(xué)根底2024/1/303照射野內(nèi)腸管的耐受劑量為5000cGy，精原細胞瘤的致死劑量為2500cGy，治療比為2>1〔有可能治愈〕；照射野內(nèi)腸管的耐受劑量為5000cGy，畸胎瘤的致死劑量為10000cGy，治療比為0.5<1〔治愈可能性較小〕；2024/1/304臨床要求治療比>1治療比<12024/1/3052024/1/306①2024/1/307②③2024/1/308TD5/5TD50/52024/1/309正常組織耐受量分為兩種最小損傷劑量：在所有用標準治療條件的腫瘤患者中，治療后5年，因放射治療造成嚴重放射損傷的患者不超過5%最大損傷劑量：在所有用標準治療條件的腫瘤患者中，治療后5年，因放射治療造成嚴重放射損傷的患者不超過50%2024/1/3010理想情況下：最正確劑量<TD5/5不利情況下：最正確劑量<TD50/52024/1/3011外照射靶區(qū)劑量分布的規(guī)定腫瘤區(qū)(grosstargetvolume,GTV):腫瘤的臨床灶；臨床靶區(qū)(clinicaltargetvolume,CTV):臨床灶、亞臨床灶以及腫瘤可能浸潤的范圍；方案靶區(qū)(planningtargetvolume,PTV):CTV、照射中患者器官運動、和由于日常擺位、治療中靶位置和靶體積變化等因素引起的擴大照射的組織范圍。內(nèi)靶區(qū)(internaltargetvolume,ITV):呼吸或器官運動引起的CTV外邊界運動的范圍；2024/1/3012外照射靶區(qū)劑量分布的規(guī)定治療區(qū)(treatmentvolume,TV):90%等劑量線面所包括的范圍；照射區(qū)(irradiationvolume,IV):50%等劑量線面所包括的范圍；冷劑量區(qū)(coldvolume):在ITV內(nèi)劑量低于CTV處方劑量的下限〔-5%〕的范圍；熱劑量區(qū)(hotvolume):組織接受的劑量高于CTV處方劑量的上限〔+5%〕的范圍；靶區(qū)最大劑量：PTV內(nèi)最高劑量〔面積≥2cm〕；靶區(qū)最小劑量：PTV內(nèi)最低劑量〔>治療區(qū)的劑量〕；2024/1/3013危及器官及其劑量危及器官(organatrisk,OAR):指可能卷入照射野內(nèi)的重要組織或器官〔耐受劑量TD5/5、TD50/5〕方案危及器官(planningorganatriskvolume,PORV):指OAR本身和由于器官運動、治療擺位誤差的影響，其擴大后的范圍危及體積(riskvolume,RV):危及器官OAR卷入射野內(nèi)并受到一定劑量水平照射的范圍。2024/1/3014V2024/1/3015靶區(qū)平均劑量：PTV內(nèi)均勻分割的劑量矩陣內(nèi)的劑量的平均值

Dij為第ij個矩陣格點內(nèi)的劑量；N為靶區(qū)內(nèi)均勻分割的劑量矩陣格點數(shù)靶區(qū)中位劑量:PTV內(nèi)最大劑量和最小劑量的平均值劑量；靶區(qū)模劑量:PTV內(nèi)頻率出現(xiàn)最多的劑量；劑量熱點:ITV外大于規(guī)定的靶劑量的熱劑量區(qū)的范圍〔劑量熱點的面積≥2cm〕外照射靶區(qū)劑量分布的規(guī)定2024/1/3016靶區(qū)劑量歸一的規(guī)定點治療方案系統(tǒng)中，靶區(qū)及正常組織中的劑量分布均表示成以靶區(qū)內(nèi)某一點劑量歸一的相對劑量分布的形式，該點稱為靶區(qū)劑量歸一的規(guī)定點。ICRU報告中對此作了規(guī)定〔七原那么〕2024/1/3017ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明2024/1/3018規(guī)定3：靶劑量以及其他劑量規(guī)定點不能選在劑量變化梯度大的地方，即劑量規(guī)定點應(yīng)至少離開射野邊緣2cm規(guī)定4：對固定野〔包括等中心和固定源皮距〕照射，按下述方法選取靶劑量規(guī)定點：①單野照射時，靶劑量規(guī)定點應(yīng)選在照射野中心軸上方案靶區(qū)中心處；②等劑量比的兩個對穿野照射時，靶劑量規(guī)定點應(yīng)選在兩照射野中心軸的中點；劑量比不等時，靶劑量規(guī)定點應(yīng)選在兩照射野中心軸上方案靶區(qū)中心；③兩野或三野以上交角照射時，靶劑量規(guī)定點應(yīng)選在照射野中心軸的交點處ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明2024/1/3019ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明規(guī)定5：X線旋轉(zhuǎn)治療時，靶劑量規(guī)定點應(yīng)選在旋轉(zhuǎn)主平面的旋轉(zhuǎn)中心處；當(dāng)旋轉(zhuǎn)角小于270°時，靶劑量規(guī)定點也可選在方案靶區(qū)中心處。旋轉(zhuǎn)中心的安排應(yīng)使得方案靶區(qū)中心的劑量接近于最大劑量。規(guī)定6：高能電子束單野照射當(dāng)線束垂直入射時，靶劑量規(guī)定點應(yīng)選在射野中心軸上最大劑量點處；當(dāng)線束斜入射或使用不規(guī)那么射野時，假設(shè)用計算機計算劑量分布，靶劑量規(guī)定點選在射野中心軸上方案靶區(qū)中心處；假設(shè)用查表計算時，靶劑量規(guī)定點應(yīng)選在假設(shè)射野垂直入射時，射野中心軸上最大劑量點處；2024/1/3020ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明規(guī)定7：如果靶區(qū)劑量分布的劑量歸一點〔100%〕與上述靶劑量規(guī)定點一致時，100%等劑量線就代表靶劑量；如果不一致時，用相應(yīng)的等劑量線計算靶劑量。2024/1/30212024/1/3022放射源的合理選擇單野照射，腫瘤區(qū)域劑量分布不均勻?qū)^深部的腫瘤，應(yīng)選擇較高的射線能量X射線高能X射線劑量分布特性與理想曲線比較2024/1/3023放射源的合理選擇對一般20cm體厚的患者，10~25MVX射線比較理想體厚特別大〔≧30cm〕時，選用32MVX射線X射線2024/1/3024放射源的合理選擇常用相對野結(jié)合治療中位或偏位病變X射線相對野照射，前后距離25cm的中位病變32MVX射線骨吸收重2024/1/3025X射線劑量特性與理想劑量曲線比較高能電子束劑量特性與理想劑量曲線比較高能電子束只適用于治療表淺、偏心部位的腫瘤，且以單野照射較好放射源的合理選擇2024/1/3026電子束和X射線混合束治療不同深度的腫瘤放射源的合理選擇A—8MVX射線B—合成劑量分布〔1:1〕C—20MeV電子束劑量比變化？2024/1/3027高傳能線密度〔LET〕射線：快中子、π負介子和其他重離子等放射源的合理選擇比較理想2024/1/30282024/1/30292024/1/30302024/1/30312024/1/3032X〔γ〕射線射野設(shè)計原理單野照射X射線劑量特性與理想劑量曲線比較靶區(qū)范圍很小〔如頸、鎖淋巴結(jié)〕時適用除此之外，臨床上不主張用單野照射2024/1/3033X〔γ〕射線射野設(shè)計原理共面射野1.兩野交角照射偏體位一側(cè)病變〔如上頜竇癌〕楔形濾過板α=90°-θ/2內(nèi)野2024/1/3034適當(dāng)增減楔形角的大小，可分別在射野遠、近端得到偏高的劑量30°楔形板60°楔形板2024/1/3035X〔γ〕射線射野設(shè)計原理當(dāng)靶區(qū)所在部位有組織缺損，必須加楔形板共面射野2.兩野對穿照射〔兩射野中心軸的交角θ=180°〕中位病變2024/1/30363.共面四野照射——兩對對穿野正交2024/1/3037X〔γ〕射線射野設(shè)計原理共面射野4.三野照射2024/1/3038在病變〔靶區(qū)〕和重要器官之間設(shè)立“平安線〞〔如A—A’〕過靶區(qū)中心作“平安線〞的平行線B—B’〔對穿野的方向〕過靶區(qū)中心作B—B’的垂直線OC，確定第三野的入射方向確定對穿野應(yīng)使用的楔形板的楔形角、三野的劑量配比2024/1/3039X〔γ〕射線射野設(shè)計原理共面射野5.

三野交角照射：如食管腫瘤2024/1/3040X〔γ〕射線射野設(shè)計原理共面射野6.旋轉(zhuǎn)照射單野通過靶區(qū)中心繞患者旋轉(zhuǎn)一定范圍皮膚劑量小，靶區(qū)劑量高，靶區(qū)外劑量下降快2024/1/3041相鄰野設(shè)計射野相鄰，會導(dǎo)致射野相接后超劑量或欠劑量射野交接處得到均勻劑量分布的方法：兩相鄰射野彼此向外傾斜兩相鄰射野在皮膚隔開半野擋塊Or獨立準直器特殊楔形擋塊2024/1/3042不對稱射野不對稱射野：射野中心軸偏離線束中心軸的射野如：靶區(qū)中段每次給200cGy靶區(qū)上、下段每次給300cGy2024/1/30432024/1/3044細胞存活理論線性標尺的細胞存活曲線細胞存活分數(shù)在一定劑量范圍內(nèi)呈現(xiàn)指數(shù)殺滅特征2024/1/3045根本概念早〔急性〕反響組織：照射后損傷出現(xiàn)早或增殖快的組織如皮膚、黏膜、骨髓、精原細胞等大局部腫瘤組織屬于早反響組織晚反響組織：損傷在照射開始后很長時間才表達或增殖慢的組織如肺、腎、脊髓、腦等2024/1/3046線性二次(L-Q)模型線性二次模型〔linearquadraticmodel,簡稱L-Q模型〕，對放射治療的分割、特別是精確放療中“減時增量〞提供了計算依據(jù)。注意：該方法不能完全替代臨床的經(jīng)驗和判斷。2024/1/3047線性二次(L-Q)模型線性二次模型：如果一個DNA分子的兩個鏈或一個染色體的兩個臂同時受損時，細胞才被殺滅?？梢允菃蝹€電離粒子作用的結(jié)果也可以是兩個不同電離粒子協(xié)同作用的結(jié)果單個電離粒子作用事件的概率正比于照射劑量：S：細胞照射后的存活分數(shù)；

α：單位劑量的單個粒子使細胞直接滅殺的平均概率，代表不可修復(fù)的放射損傷；D：單次照射的劑量2024/1/3048兩個電離粒子的協(xié)同作用致成的放射損傷的平均概率正比于受照劑量的平方：β為單位劑量平方的兩個粒子使細胞殺滅的平均概率線性二次(L-Q)模型兩個可能事件的總效果稱為L-Q模型一次劑量D照射后的存活率：2024/1/3049線性二次(L-Q)模型α損傷——不可修復(fù)的損傷β?lián)p傷——可修復(fù)的損傷當(dāng)兩類損傷的效應(yīng)相等時，即：稱為L-Q模型參數(shù)，代表了細胞存活曲線的曲度，以及細胞對亞致死損傷的修復(fù)能力。α/β比值代表組織損傷的特征劑量:2024/1/3050交點劑量：為了控制腫瘤，劑量必須大于交點劑量。高于D交，晚反響組織的損傷>腫瘤組織解決方法：分次照射；立體定向治療或調(diào)強治療或質(zhì)子重離子治療2024/1/3051解決途徑——分次照射分次劑量越小，對晚反響組織保護越大常規(guī)分次照射的分次劑量應(yīng)低于兩種曲線的交點劑量最正確分次劑量一般約為交點劑量的50%D交=2~5Gy，D最正確=1~2.5Gy×2024/1/3052解決途徑——立體定向治療或調(diào)強適形治療幾何保護因子交點劑量立體定向治療：f≈0.71，D交≈50Gy，最正確劑量≈25Gy2024/1/3053解決途徑——質(zhì)子放射治療質(zhì)子極高的速度進入人體，在體內(nèi)與正常組織或細胞發(fā)生作用的時機極低，當(dāng)?shù)竭_癌細胞的特定部位時，速度突然降低并停止，釋放最大能量，產(chǎn)生Bragg峰〔博拉格峰〕，將癌細胞殺死，同時有效地保護正常組織。由于質(zhì)子治療具有穿透性能強、劑量分布好、局部劑量高、旁散射少、半影小等特征，尤其對于治療有重要組織器官包繞的腫瘤，顯示出較大的優(yōu)越性。適應(yīng)癥比較廣泛，均有較好的療效。國外臨床治療數(shù)據(jù)說明，質(zhì)子治療腫瘤有效率到達95%以上，五年存活率高達80%，被高能物理界和醫(yī)學(xué)界評估為療效最好、副作用最少的治療方法。2024/1/3054解決途徑——質(zhì)子放射治療山東淄博萬杰醫(yī)院博拉格質(zhì)子治療中心世界第四、國內(nèi)第一〔唯一〕2024/1/3055解決途徑——質(zhì)子放射治療山東淄博萬杰醫(yī)院博拉格質(zhì)子治療中心2024/1/3056小結(jié)2024/1/3057時間劑量因子實用型數(shù)學(xué)模型TDF〔時間劑量因子〕模型L-Q線性二次模型2024/1/3058TDF模型NSD為正常組織的總耐受劑量；T/N為次間平均間隔時間〔d〕；d為分次劑量〔cGy〕；N為到達總耐受劑量時應(yīng)給的分次數(shù)體外照射時：2024/1/3059TDF模型短壽命同位素臨時插植治療時：λ為同位素的衰變常數(shù)；r0為插植時初始劑量率（cGy/h）短壽命同位素永久性插植治療時（T→∞）：長壽命同位素低劑量率連續(xù)照射時：T為插植時間（h）；r為劑量率（cGy/h）2024/1/3060TDF模型體外照射和近距離照射結(jié)合時：對療程間或內(nèi)、外照射間的間斷休息，需要用衰減因子修正：T為某一療程的時間；G為該療程結(jié)束后，下一療程開始時的間隔上述的TDF方程均為常量等式，不能反映組織本身的特征2024/1/3061L-Q線性二次模型生物等效劑量〔BiologicallyEffectiveDose，BED〕其中：2024/1/3062L-Q線性二次模型近距離低劑量率連續(xù)照射時：R為劑量率〔Gy/h〕；T為照射時間〔h〕；μ為亞致死損傷修復(fù)的修復(fù)率常數(shù)；1/μ為平均修復(fù)時間；N次低劑量率近距離連續(xù)照射：2024/1/3063L-Q線性二次模型同位素半衰期較短時〔與T相比〕：R0為初始劑量率〔Gy/h〕；λ為同位素的衰變常數(shù)短壽命同位素永久性插植治療時（T→∞）：2024/1/3064L-Q線性二次模型：時間因子修正常規(guī)連續(xù)低劑量率近距離照射時，T為整個插植或腔內(nèi)近距離照射的時間對體外分次照射和近距離照射結(jié)合時：