1、第1页，共41页。基本目标 努力提高治疗增益比，即：最大限度的将放射线的剂量集中到病变区域（靶区）内，尽可能的杀灭肿瘤细胞，而使周围正常组织和器官免受或少受不必要的照射剂量。因为常规放射治疗不能很好的达到这个目标，所以为了能够更好的达到这个目标，精确放射治疗技术就应运而生了。第2页，共41页。精确放射治疗主要包括l适形放射治疗l立体定向放射治疗 l三维调强放射治疗l图像引导放射治疗第3页，共41页。第一节 三维适形放射治疗 适形放射治疗是一种提高治疗增益比适形放射治疗是一种提高治疗增益比的较为有效的物理措施，它作为一种治疗的较为有效的物理措施，它作为一种治疗技术，使得高剂量区分布的形状在三维方
2、技术，使得高剂量区分布的形状在三维方向上与病变区域（靶区）的形状一致，学向上与病变区域（靶区）的形状一致，学术界称为三维适形放射治疗。术界称为三维适形放射治疗。第4页，共41页。适形放射治疗是如何实现适形的呢？它是随着当前计算机的高速发展而它是随着当前计算机的高速发展而发展起来的，是放疗技术实现放疗四原发展起来的，是放疗技术实现放疗四原则的突破。利用计算机根据则的突破。利用计算机根据CT扫描获得扫描获得的病人解剖数据，进行病人的三维重建的病人解剖数据，进行病人的三维重建，获得病人病变的三维体积信息。然后，获得病人病变的三维体积信息。然后根据病变的形状设置三维非共面射野，根据病变的形状设置三维非
3、共面射野，保证每一个射野的形状与该方向上病变保证每一个射野的形状与该方向上病变投影的二维形状一致（图投影的二维形状一致（图91）第5页，共41页。l图图91 射野形状与病变一致射野形状与病变一致第6页，共41页。l图图92 适形放射治疗剂量分布适形放射治疗剂量分布第7页，共41页。一、适形放射治疗的过程病变（靶区）和重要器官及组织的：病变（靶区）和重要器官及组织的：l空间定位空间定位l治疗计划设计治疗计划设计l治疗方案模拟与验证治疗方案模拟与验证l治疗方案实施治疗方案实施第8页，共41页。空间定位 通过一些检查获得以患者身体为基础模拟通过一些检查获得以患者身体为基础模拟的三维坐标系信息，病人的
4、所有解剖结构就在的三维坐标系信息，病人的所有解剖结构就在治疗系统中具有了确定的位置坐标和确定的大治疗系统中具有了确定的位置坐标和确定的大小。将数据需要传输到治疗计划中，医师勾画小。将数据需要传输到治疗计划中，医师勾画出病人的各部分器官组织。特别是治疗靶区和出病人的各部分器官组织。特别是治疗靶区和邻近靶区的需要保护的危及器官，必须精确的邻近靶区的需要保护的危及器官，必须精确的勾画出来。勾画完各部分器官，就可以重建出勾画出来。勾画完各部分器官，就可以重建出病人的三维组织结构。病人的三维组织结构。第9页，共41页。治疗计划设计 计算机根据收集数据以及病人的定位数据可以计算机根据收集数据以及病人的定位
5、数据可以模拟实际治疗情况。物理师首先利用计算机根据病模拟实际治疗情况。物理师首先利用计算机根据病人病变位置的情况，设计病人需要的最佳治疗参数人病变位置的情况，设计病人需要的最佳治疗参数，包括射野数目，每个射野的机架角等等参数；然，包括射野数目，每个射野的机架角等等参数；然后计算出射线在病人体内的剂量分布，再与医师一后计算出射线在病人体内的剂量分布，再与医师一起评价病人体内剂量分布的优劣，如果不符合临床起评价病人体内剂量分布的优劣，如果不符合临床要求，则重新修改射野治疗参数，计算剂量分布，要求，则重新修改射野治疗参数，计算剂量分布，进行评价。如此反复，直到病人体内得到最满意的进行评价。如此反复，
6、直到病人体内得到最满意的剂量分布结果。剂量分布结果。第10页，共41页。治疗方案模拟与验证l 制定好治疗计划之后，打印治疗计划，同时制定好治疗计划之后，打印治疗计划，同时把治疗计划输出到治疗机。把治疗计划输出到治疗机。l 验证计划包括等中心验证、射野形状验证、绝验证计划包括等中心验证、射野形状验证、绝对剂量验证和相对剂量验证。具体操作时把病人的对剂量验证和相对剂量验证。具体操作时把病人的治疗计划移植到模体上，计算出剂量分布，然后在治疗计划移植到模体上，计算出剂量分布，然后在模体上执行治疗计划，测量模体中的剂量分布，两模体上执行治疗计划，测量模体中的剂量分布，两个剂量分布进行比较，就可得出计划的
7、精确性。个剂量分布进行比较，就可得出计划的精确性。第11页，共41页。治疗方案实施 结果：结果：高剂量分布区与靶区在三维形状上的适合度比高剂量分布区与靶区在三维形状上的适合度比常规治疗有了很大的提高，进一步减少了周围正常规治疗有了很大的提高，进一步减少了周围正常组织和器官受照射的范围。适形放疗与常规治常组织和器官受照射的范围。适形放疗与常规治疗的治疗结果已在鼻咽癌、前列腺癌、非小细胞疗的治疗结果已在鼻咽癌、前列腺癌、非小细胞癌、颅内肿瘤等病变的研究比较中得到证实。癌、颅内肿瘤等病变的研究比较中得到证实。第12页，共41页。二、靶区定位 主要目的是为了给病人建立一个空间参考坐标系主要目的是为了给
8、病人建立一个空间参考坐标系，获取病人的解剖结构信息以及靶区和邻近重要器官，获取病人的解剖结构信息以及靶区和邻近重要器官的准确位置和范围，确定放射治疗的位置和区域。定的准确位置和范围，确定放射治疗的位置和区域。定位主要通过位主要通过CT、MRI和和X射线数字减影等先进影像射线数字减影等先进影像设备，获得影像数据之后由计算机系统进行三设备，获得影像数据之后由计算机系统进行三维重建。维重建。第13页，共41页。定位过程l先对病人进行体位固定先对病人进行体位固定l制作热塑膜制作热塑膜l在体模上做参考标记在体模上做参考标记l摆位和计算机制定治疗计划，建立一个摆位和计算机制定治疗计划，建立一个共同的参考系
9、统。共同的参考系统。第14页，共41页。调强适形放射治疗 在达到适形放射治疗的同时，如果在达到适形放射治疗的同时，如果每一个射野内各个点的输出剂量率能按每一个射野内各个点的输出剂量率能按要求的方式进行调整，使靶区内及靶区要求的方式进行调整，使靶区内及靶区表面的剂量处处相等。调强放疗将是未表面的剂量处处相等。调强放疗将是未来放射治疗技术的主流。来放射治疗技术的主流。第15页，共41页。三、适形放射治疗计划的设计lCT定位数据传输定位数据传输l轮廓勾画轮廓勾画l计划设计计划设计l计划评估和确认计划评估和确认第16页，共41页。（一）CT定位数据传输 进行适形放射治疗时的进行适形放射治疗时的CT定位
10、，数据量很大定位，数据量很大，每个病人需要扫描，每个病人需要扫描CT图像幅数很多，于是只能通图像幅数很多，于是只能通过网络传输或者光盘传输。现在大多数医疗机构都有过网络传输或者光盘传输。现在大多数医疗机构都有自己的内部网络，都可以使用网络进行传输。网络传自己的内部网络，都可以使用网络进行传输。网络传输数据速度快，不易出错。输数据速度快，不易出错。第17页，共41页。（二）轮廓勾画 通过通过CT定位传输到治疗计划中的定位传输到治疗计划中的CT数据是一数据是一系列系列CT图像的集合，计算机还不能自动识别人体图像的集合，计算机还不能自动识别人体的各部分器官组织，更不能自动识别放疗靶区。的各部分器官组
11、织，更不能自动识别放疗靶区。为了让计算机能够知道人体的解剖结构和照射靶为了让计算机能够知道人体的解剖结构和照射靶区等器官组织，我们必须分别定义和勾画出各部区等器官组织，我们必须分别定义和勾画出各部分器官组织的轮廓。靶区和器官需要临床医师勾分器官组织的轮廓。靶区和器官需要临床医师勾画。画。第18页，共41页。（三）计划设计基本步骤是：基本步骤是：l第一步，设计靶区等中心第一步，设计靶区等中心l第二步，添加照射野第二步，添加照射野l第三步，设置照射野参数第三步，设置照射野参数l第四步，射野适形形状设计第四步，射野适形形状设计l第五步，进行剂量计算，第五步，进行剂量计算，l第六步，评估计划和修改计划
12、第六步，评估计划和修改计划第19页，共41页。（四）计划评估和确认l等剂量线评价等剂量线评价lDVH评价评价第20页，共41页。第二节 立体定向放射治疗l一、一、X射线立体定向放射治疗射线立体定向放射治疗l二、二、射线立体定向放射治疗射线立体定向放射治疗第21页，共41页。一、X射线立体定向放射治疗（一）发展过程（一）发展过程 上个世纪上个世纪80年代是立体定向放射外科发展和广泛年代是立体定向放射外科发展和广泛应用的年代。应用的年代。1980年，年，Fabrikant首次应用氦离子治首次应用氦离子治疗脑血管畸形。疗脑血管畸形。第22页，共41页。（二）基本原理 X射线立体定向放射治疗的基本原理
13、是射线立体定向放射治疗的基本原理是 应用多个非共面旋转弧围绕应用多个非共面旋转弧围绕1个或多个颅内个或多个颅内靶点，照射弧的大小由机架旋转所决定，弧面靶点，照射弧的大小由机架旋转所决定，弧面的位置与治疗床旋转所规定的病人的位置有关的位置与治疗床旋转所规定的病人的位置有关，所有各个照射弧的剂量全部聚焦在靶点上，所有各个照射弧的剂量全部聚焦在靶点上，由于聚焦的作用在靶点上形成很高的剂量分布由于聚焦的作用在靶点上形成很高的剂量分布，而在靶区边缘剂量迅速下降，靶区周围的正，而在靶区边缘剂量迅速下降，靶区周围的正常组织受到很低的照射剂量，这种照射技术达常组织受到很低的照射剂量，这种照射技术达到的效果类似
14、于使用手术刀在靶区周围切割了到的效果类似于使用手术刀在靶区周围切割了一周，因此俗称一周，因此俗称“X刀刀”。第23页，共41页。（三）治疗过程l治疗前的准备治疗前的准备l校准和测试激光束的精度校准和测试激光束的精度l治疗计划的确认治疗计划的确认 l病人的摆位和固定定位病人的摆位和固定定位l病人的治疗病人的治疗第24页，共41页。二、射线立体定向放射治疗 通过电离辐射的聚焦，立体定向放射外科可通过电离辐射的聚焦，立体定向放射外科可在密闭的颅脑内制作一精确的颅内靶点毁坏灶。在密闭的颅脑内制作一精确的颅内靶点毁坏灶。1951年年Leksell首次提出该技术，此后在射线首次提出该技术，此后在射线源、聚
15、焦、定位技术等方面均取得巨大进展。采源、聚焦、定位技术等方面均取得巨大进展。采用用Co60放射源的就称为放射源的就称为射线立体定向放射治疗，射线立体定向放射治疗，又称为伽玛刀治疗系统。又称为伽玛刀治疗系统。第25页，共41页。（一）刀的构成有两种类型的伽玛刀（有两种类型的伽玛刀（Leksell）：）：lU型型lB型（最新型，在欧洲、亚洲安装使用）型（最新型，在欧洲、亚洲安装使用）第26页，共41页。（二）靶区的立体定位 CT、MRI扫描或血管造影用于辨别靶病灶，扫描或血管造影用于辨别靶病灶，MRI较较CT具有更多优点，具有更多优点，MRI的解析度更高、定的解析度更高、定位更准确、肿瘤边界显影更
16、好等。位更准确、肿瘤边界显影更好等。CT仅用于不仅用于不能行能行MRI检查的病人。检查的病人。第27页，共41页。（三）计算机辅助剂量计划系统刀放射外科的计算机系统包括：刀放射外科的计算机系统包括：l计算机工作站计算机工作站l监视器监视器l打印机打印机第28页，共41页。（四）治疗的精确度 经过几十年的实践，建立了放射精确度方面的经过几十年的实践，建立了放射精确度方面的一系列评价方法。一系列评价方法。Pittsburg大学的大学的Wu等人报道了等人报道了刀机械精确度测量的结果。刀机械精确度测量的结果。刀系统的总体误差刀系统的总体误差系经三个平面上的偏差的平方和再开平方根计系经三个平面上的偏差的
17、平方和再开平方根计算所得，大约为算所得，大约为0.25mm。其机械偏差由生产工。其机械偏差由生产工艺所决定，应小于艺所决定，应小于0.3mm。对于桥小脑角部位听神经瘤、脑干肿瘤和对于桥小脑角部位听神经瘤、脑干肿瘤和视交叉周围的病灶，制定治疗计划时所考虑的视交叉周围的病灶，制定治疗计划时所考虑的精确度以零点几毫米来计算。精确度以零点几毫米来计算。第29页，共41页。（五）临床适应征 刀放射外科已有刀放射外科已有30年的发展历史，其应用面年的发展历史，其应用面越来越宽，最初的越来越宽，最初的刀仅用于功能神经外科制作刀仅用于功能神经外科制作颅内毁损灶，现在临床应用扩展到部分良性肿瘤颅内毁损灶，现在临
18、床应用扩展到部分良性肿瘤和较小的恶性肿瘤。和较小的恶性肿瘤。刀技术所治疗的病灶大小通常为平均直径刀技术所治疗的病灶大小通常为平均直径35mm，有时亦可用，有时亦可用刀治疗较大范围的病灶，但是刀治疗较大范围的病灶，但是需减少边缘剂量以保证安全性。直径需减少边缘剂量以保证安全性。直径35mm以上的病以上的病灶要选用较低的边缘剂量，以降低并发症的发生灶要选用较低的边缘剂量，以降低并发症的发生率。率。第30页，共41页。第三节 三维调强放射治疗 适形放疗因只要求适形放疗因只要求BEV方向上不规则照射野与方向上不规则照射野与病变靶区投影形状一致，虽然多野组合照射使它的病变靶区投影形状一致，虽然多野组合照
19、射使它的靶区剂量分布适形度明显优于常规照射，但仍然无靶区剂量分布适形度明显优于常规照射，但仍然无法保护嵌入肿瘤或被肿瘤包绕的重要组织和器官，法保护嵌入肿瘤或被肿瘤包绕的重要组织和器官，而且剂量分布的均匀性仍不理想，如果想在适形放而且剂量分布的均匀性仍不理想，如果想在适形放疗的基础上使靶区内及表面的剂量处处相等，就必疗的基础上使靶区内及表面的剂量处处相等，就必须要求每一个射野内诸点的输出剂量率能按要求的须要求每一个射野内诸点的输出剂量率能按要求的方式进行调整。这就形成了三维调强放射治疗（方式进行调整。这就形成了三维调强放射治疗（IMRT）。）。第31页，共41页。（一）调强放射治疗的发展和临床意
20、义（一）调强放射治疗的发展和临床意义 调强放射治疗（调强放射治疗（IMRT）最初于）最初于20世纪世纪70年代提出，由于当时的计算机技年代提出，由于当时的计算机技术和剂量计算模型条件的限制，术和剂量计算模型条件的限制，IMRT还不能在临床上实现。随着多叶准直还不能在临床上实现。随着多叶准直器技术和计算机控制技术的发展，调强放射治疗得到了迅速发展。多叶准直器技术和计算机控制技术的发展，调强放射治疗得到了迅速发展。多叶准直器动态调强照射中，利用每一对叶片的相对运动，可得到两维强度不均匀分器动态调强照射中，利用每一对叶片的相对运动，可得到两维强度不均匀分布的照射野。布的照射野。具有一定特征的肿瘤患者
21、，通过调强适形放射治疗，可望提高具有一定特征的肿瘤患者，通过调强适形放射治疗，可望提高肿瘤的局部控制率进而提高生存率。除此之外，采用调强适形放射肿瘤的局部控制率进而提高生存率。除此之外，采用调强适形放射治疗技术，正常组织和器官可以得到保护，特别适用于位于复杂解治疗技术，正常组织和器官可以得到保护，特别适用于位于复杂解剖结构中、形状比较复杂、多靶点的肿瘤的治疗，可减少放射并发剖结构中、形状比较复杂、多靶点的肿瘤的治疗，可减少放射并发症和改进患者放疗后的生存质量。症和改进患者放疗后的生存质量。第32页，共41页。（二）调强放射治疗的逆向 计划设计过程l调强的概念启发于调强的概念启发于X射线横向断层
22、射线横向断层CT成像原理的逆过程。当成像原理的逆过程。当CT X射线射线球管发出强度均匀的球管发出强度均匀的X射线束穿过人体后，其强度分布反比于组织厚度与组射线束穿过人体后，其强度分布反比于组织厚度与组织密度的乘积，反向投影形成组织的影像；如果使用类似于织密度的乘积，反向投影形成组织的影像；如果使用类似于CT X射线穿过人射线穿过人体后的强度分布的高能体后的强度分布的高能 X（）射线、电子束或质子束等，绕人体旋转（）射线、电子束或质子束等，绕人体旋转（连续旋转或固定野集束）照射，在照射部位会得到类似连续旋转或固定野集束）照射，在照射部位会得到类似CT断层影像的适形剂断层影像的适形剂量分布。量分
23、布。l逆向计划设计是根据肿瘤靶区及周围重要器官和正常组织的解剖特逆向计划设计是根据肿瘤靶区及周围重要器官和正常组织的解剖特点，预定靶区的剂量分布以及危及器官（点，预定靶区的剂量分布以及危及器官（OAR）的限量，利用优化设）的限量，利用优化设计算法，借助治疗计划计算出每个射野方向上需要的强度分布。然计算法，借助治疗计划计算出每个射野方向上需要的强度分布。然后按照设计好的强度分布在治疗机上采用某种调强方式实施调强治后按照设计好的强度分布在治疗机上采用某种调强方式实施调强治疗。疗。第33页，共41页。二、调强放射治疗的分类l（一）二维物理补偿器调强（一）二维物理补偿器调强l（二）（二）MLC静态调强
24、静态调强l（三）（三）MLC动态调强动态调强l（四）旋转调强（四）旋转调强l（五）断层治疗（五）断层治疗l（六）（六）NOMOS 2D调强准直器调强准直器第34页，共41页。三、调强治疗体位的精确固定l（1）采取类似瑞典）采取类似瑞典Elekta立体定位框架，体位由真空成立体定位框架，体位由真空成型袋固定，借助治疗部位上预置的体表多点标记进行体型袋固定，借助治疗部位上预置的体表多点标记进行体位校核。位校核。l（2）为减少甚至消除体表皮肤弹性对体表标记点与肿瘤相对）为减少甚至消除体表皮肤弹性对体表标记点与肿瘤相对位置的影响，将体表标记移至肿瘤内或肿瘤周围，这称为内置位置的影响，将体表标记移至肿瘤
25、内或肿瘤周围，这称为内置标记点技术。标记点技术。l（3）尽管金点技术能够较好保证金点和肿瘤的相对位置）尽管金点技术能够较好保证金点和肿瘤的相对位置不变。不变。l（4）与照射同步的方法。）与照射同步的方法。l（5）采用呼吸门控技术。）采用呼吸门控技术。第35页，共41页。四、调强放射治疗计划的设计过程l选择靶区中心点选择靶区中心点l设计调强照射野数目和照射方向设计调强照射野数目和照射方向l设计射野适形范围设计射野适形范围l设计目标函数设计目标函数l计算机开始进行优化计算计算机开始进行优化计算第36页，共41页。五、调强放射治疗的验证 由于调强放射治疗采用了逆向计划设计方法，设计产生由于调强放射治
26、疗采用了逆向计划设计方法，设计产生了大量的子野进行照射，使治疗过程变的更加复杂，整个治疗了大量的子野进行照射，使治疗过程变的更加复杂，整个治疗过程中的剂量不确定性也更加复杂，必须在调强放射治疗实施过程中的剂量不确定性也更加复杂，必须在调强放射治疗实施之前进行剂量验证。之前进行剂量验证。验证目的：验证目的：（一）使用简单的情况容易评估，确定射野参数是不是（一）使用简单的情况容易评估，确定射野参数是不是 精确。精确。（二）确定临床情况下剂量精确度达到的水平。（二）确定临床情况下剂量精确度达到的水平。（三）进行单个病人治疗计划的剂量验证。（三）进行单个病人治疗计划的剂量验证。第37页，共41页。第四
27、节 图像引导放射治疗 定义：定义：一种四维的放射治疗技术，可以保证对肿瘤进行一种四维的放射治疗技术，可以保证对肿瘤进行精确的治疗，它在三维放疗技术的基础上加入了时间精确的治疗，它在三维放疗技术的基础上加入了时间因数的概念，充分考虑解剖组织在治疗过程中的运动因数的概念，充分考虑解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸和蠕动运动、日常和分次治疗间的位移误差，如呼吸和蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等，在患者进行治疗前、治疗中摆位误差、靶区收缩等，在患者进行治疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并能根据器官位
28、置的变化调整治疗条件使照的监控，并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧射野紧紧“追随追随”靶区，使之能做到真正意义上的精靶区，使之能做到真正意义上的精确治疗。确治疗。第38页，共41页。应用领域 目前应用的几种技术，包括使用目前应用的几种技术，包括使用超声设备、治疗室、加速器、容积超声设备、治疗室、加速器、容积和加速器（断层治疗）以及利用在加速和加速器（断层治疗）以及利用在加速器上匹配的器上匹配的X射线成像系统、电子射野影像系统（射线成像系统、电子射野影像系统（EPID）等设备在每次治疗时进行位置和剂量强）等设备在每次治疗时进行位置和剂量强度验证。度验证。第39页，共41页。下下 课课 谢谢 谢谢 合合 作作 ！第40页，共41页。第41页，共41页。
