放射物理学课件11

二维物理补偿器技术具有可靠、易于质量保证（质量控制）工作。 但因每个野都需要使用补偿器，给模室制作和治疗摆位都带来不 便。补偿器作为一种滤过器，也会影响原射线的能谱分布。但仍 是目前用得最为广泛的调强器。
MLC静态调强是将射 野要求的强度分布进 行分级，利用MLC形 成的多个子野进行分 步照射。
其特征是每个子野照射完毕后，照射切断，MLC调到另一个子野， 再继续照射，直到所有子野照射完毕。所有子野的流强相加，形成 要求的强度分布。
处聚焦。全阻挡单元由12cm厚的固体射
线衰减材料制成，不让射线穿过。全开 放单元全部露空，对射线无阻挡。
照射时，通过气泵向露空单元内按预定方 式充入一定厚度的水银（补偿器厚度），
完成一次照射；然后准进器平移一个单元
的位置，或旋转90º 角，露空单元和阻挡 单元互换位置，再照射一次，完成调强过
程。该种准直器具有简单、可靠、易于剂
调强定义
调强:将直线加速器或钴-60治疗机的均匀剂量(率)输出的
射野变为不均匀剂量(率)输出的射野的过程。
调强装置(器或方法): 实现调强过程的装置。
为什么要开展IMRT？
1.放疗中约有30%的病例是凹形靶区，只有用调强方法才能得
到这种形状的高剂量分布，而周围正常组织剂量很小。 2.能够作调强治疗的设备和技术已商业化。 3.照射可实现数字化。 4.用于IMRT的射野注量(强度)分布的逆向设计算法已经成熟。
照射。
调强实现方法
调强治疗实现方法分类
一种新型的二维调强准直器。它由N*N 个准直器单元组成（每个单元形成一个 单元野），类似于棋盘式的结构，称为 棋盘式准直器。准直器单元分为全阻挡 单元和全开放单元两种，每个单元在等 中心处的射野为5mm*5mm或10mm*10mm， 它们的几何形状，在放射源（X射线靶）
调强适形放射治疗的历史 早在1959年日本的Takahashi医师提出了适形放射治疗的概念。 Takahashi医师及其同事设计了一套机械控制系统，用它来控 制多叶准直器，在围绕患者旋转照射时射野形状与靶区的形 状一致。Proimos及其同事1960年提出了同步挡块旋转照射方 法。Green1959年提出了循迹扫描原理。Umegaki1971年在直 线加速器上安装了多叶准直器。用机械方式控制，逐渐发展 到今天用微机控制。 调强适形放射治疗是由Bjarngard，Kijewski及其同事在20世 纪70年代最先提出，但由于当时的技术条件在临床上还不能 实现，逆向治疗计划方法的提出和微机控制MLC技术的发展， 为IMRT的临床应用提供了必要的条件。
第一节
适形放射治疗的分类及历史发展
适形放射治疗定义 适形治疗(Conformal Therapy)是一种提高治疗增益的较为有效 Βιβλιοθήκη Baidu物理措施。适形放射治疗为一种治疗技术，使得：高剂量区的 学术界将它称为三维适形放射治疗(3DCRT)
形状在三维方向上与靶区（病变）的形状一致。从这个意义上讲，
为达到剂量分布的三维适形,必须满足下述必要条件 1. 在照射方向上，照射野的形状必须与病变（靶区）的投影形 状一致。 2. 射野内诸点的输出剂量率必须按要求的方式进行调整，使 得靶区病变内及表面的剂量处处相等：
8.5±11.8
22.3±12.5 6.3±8.4
28.8±28.9
50.5±22.8 19.4±24.4
适形放射治疗的临床价值 肿瘤对放射线的抗拒和肿瘤的个体差异，造成剂量响应曲线随 剂量继续增加变得平坦，会减弱由于靶剂量增加带来的治疗增 益的提高；但由于三维适形治疗使靶区外周(边缘)剂量得到提
适形放疗中，靶区内 及靶区表面各点的剂 量应相等，即各野到 达某点的剂量率和照 射时间的乘积之和应 为常数。
A 射野形状适形（BEV）
B射野内强度调节
适形放射治疗的分类 经典适形放射治疗 （Classical Conformal Radiation Therapy） 只满足第一个必要条件 调强适形放射治疗 （Intensity--Modulated Radiation Therapy, IMRT） 同时满足两个必要条件
提高癌症患者生存率或 改善癌症患者愈后生存质量
肿瘤局部控制的最低剂量
大量临床报告证明:高剂量照射会提高肿瘤的局部控制 率和无瘤生存率
（Fletcher 1973）
适形放射治疗的临床研究
3D适形照射和双侧等中心旋转标准照射治疗前列腺癌的有关剂量学参数的比较
对比参数 观察例数 靶区 剂量高于靶处方剂量的体积（%） ICRU 剂量（靶处方剂量）(Gy ) 肿瘤最低剂量(Gy) 92.9±13.9 69.1±2.6 66.3±5.3 92.9±10.8 69.2±2.6 63.5±8.6 3DCRT 87 SRT 87
第二节 适形放射治疗的临床价值 适形治疗概念的提出和进行临床研究，始于1959年。适形治疗 的结果是:高剂量分布区与靶区的三维形状的适合度较常规治疗 大有提高；进一步减小了周围正常组织和器官卷入射野的范围。 这已在鼻咽癌、前列腺癌、非小细胞肺癌等三维适形治疗与常规
治疗的研究比较中得以证实。因靶区剂量分布的改善和靶周围正
5.CT/MRI/SPECT/PET等影像设备,可以更加精确地确定靶区和周
围正常组织、器官的几何结构 6.IMRT的验证和QA技术不断涌现。
调强的概念启发于X射线横向断层CT成像的逆原理。当CT的X射线球 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 度与组织密度的乘积，反向投影后形成组织的影像；反之，如果使 用类似于CT-X射线穿过人体后的强度分布的高能X（γ)线束、电子 束或质子束等，绕人体旋转照射，在照射部位会得到类似CT断层影 像的适形剂量分布。根据调强的概念，首先要根据病变(靶区)及周 围重要器官和组织的三维解剖，利用计划系统计算出射野照射方向 上应有的强度分布，它是常规治疗计划设计的逆过程，称为逆向计 划设计
第十一章 调强适形放射治疗
放射治疗与手术治疗一样是一种局部治疗手段，其追求的
目标是提高放射治疗的治疗增益此，即最大限度地将剂量集中
到病变(靶区)内，杀灭肿瘤细胞，而使周围正常组织和器官少 受或免受不必要的照射。X射线立体定向治疗和高能质子治疗 的临床成功经验揭示与证明，采用物理手段改善病变(靶区)与 周围正常组织和器官的剂量分布，能够有效地提高治疗增益。
常组织受照范围的减小，可导致靶区处方剂量的进一步提高和周 围正常组织并发症的减低，并且在上述几种癌瘤的临床增量计划
研究中得以证实。理论认为，靶区剂量提高，必然导致肿瘤局部
控制率的提高，进而提高生存率。
IMRT提高癌症患者生存率的假设 提高肿瘤局部控制剂量 或减低周围重要器官剂量
提高肿瘤局部控制率 或减少肿瘤远地转移率
肿瘤平均剂量(Gy)
肿瘤最高剂量(Gy) 危及器官 剂量高于或等于65 Gy的直肠体积(%)
69.8±2.6
71.7±2.4 33.7±15.0
69.7±2.8
71.3±2.8 62.7±21.0
剂量高于或等于70Gy的直肠体积(%)
剂量高于或等于65 Gy的膀胱体积(%) 剂量高于或等于70Gy的膀胱体积(%)
IMRT原理 凸形靶区
凹形靶区
IMRT Photon IMRT Proton IMRT
第三节
调强的方式与实现
根据病变（靶区）及周围重要器官和组织的三维解剖，利用 优化设计算法，借助计划系统计算出射野照射方向上的应需 要的强度（照射时间或机器跳数）分布
补偿器原用于 人体曲面和不 均匀组织的补 偿。用于调强 的二维补偿器 具有更广泛的
调强实现方法
调强治疗实现方法分类
条形挡块移动技术是利用一个长条
吸收体横跨平野，以不同速度运动， 形成一维强度分布。长条吸收体由
计算机控制，连同驱动电机一起构
成的附件，直接放入加速器的挡块 托架上。
第四节 三维适形放疗对设备的要求
放射治疗全过程包括病变(靶区)和重要器官及组织的空间定位、 治疗计划设计、治疗方案的模拟及治疗方案的实施四个阶段。 70年代CT的出现给放射治疗的肿瘤定位提供了一种较有效的 和较精确的工具，特别对轮廓的勾画和组织密度(通过CT值转换) 为放疗医师、放射物理师提供了第一手的资料。但因常规CT只能 提供两维的信息，病变(靶区)、器官和组织的三维结构是在治疗 计划系统中通过简单的坐标叠加和勾画形成，这样形成的三维轮 廓的精确性随CT扫描层厚和间距的加大而变劣，改进的方法是利 用现代的螺旋CT和三维重建技术。配有立体定位框架的螺旋CT将 是作三维适形放疗(3DCRT)的一种必备的工具，因为它能提供直 接的准确的病变(靶区)及器官的三维信息。为放射治疗定位目的， MRI是作为CT定位的一种辅佐工具。为此，需要发展CT与MRI图像 的融合技术(软件技术)。
量控制和射野验证等突出优点。但可能因 水银蒸发引起水银气污染，一直未被FDA
批准临床应用。目前正在积极开发和研制
类似的新型的二进制的固体调强准直器， 主要思路是将棋盘准直器中的全阻挡单元 分成上、下两层，靠上、下层阻挡块的平 移调整露空单元野下的剂量，实现调强。
调强实现方法
作为MLC的一个特例，独 立准直器可看作是两对 互相垂直的独立的MLC叶 片。利用它们的相对运 动，也可以实现调强。 其方法类似于静态调强 技术，将射野分成若干 个矩形子野，进行分步 照射。因子野总是矩形 野，照射效率比静态调 强技术的低得多。 与现今流行的调强技术相比，IC静态调强具有下述优点：（1）因 IC已成为新一代加速器的标准配置，IC比MLC更为经济；（2）与 MLC相比，没有凹凸槽效应，漏射线和射野半影都较小；（3）IC运 动要比MLC运动更为可靠，故障机会大为减少。Webb氏最近提出IC 技术加调强补偿片（MASK）方法，可将其照射效率大大提高。目前 该技术正在发展中。
MLC静态调强由于每个子野照射结束后，射线必须切断，才能转到 下一个子野。这样因加速器的射线的“ON”、“OFF”动作，影响剂 量率的稳定性，因此它只能在带有“栅控”电子枪的新型加速器上 才可能实现这种照射。
调强实现方法
调强治疗实现方法分类
MLC动态调强是利用多叶准直 器的互相对应的一对叶片的相 对运动，实现对射野强度的调 节。该技术的特征是叶片运动 过程中，射线一直处于“ON” 的位置。叶片运动的特点是一 对相对叶片总是向一个方向运 动。
意义。
由具有逆向计划设计的计划系统，提供每个射野的强度分布 （Фij），然后转换成补偿材料的厚度（tij），输出给PC控制的 补偿生成器，进行补偿器的制作。调强补偿器可作为射野挡块的 一部分，放置于治疗机的挡块托架上。
a.一维补偿器 b.铝块或铅片叠 放式补偿器 不同厚度的铝方 块或铅片按强度 分布或组织厚度 分布人工叠放 c.补偿器生成器生 成的二维补偿器
架边旋转，治疗床边缓缓前进，实现
扇形束的调强切片治疗。
调强实现方法
调强治疗实现方法分类
电磁偏转扫描技术是实现调强治疗的 治疗时间短的突出优点，而且可实现 电子束、质子束的调强治疗。因MM50
最好方法。它具有X光子的利用率很高，
型电子回旋加速器能够提供品质好的
能量束流，能谱窄、能量单一的高能X 射线和高能电子束，利用电子束的电 磁偏转，实现方向可变、强度各异的X 射线和电子束的调强笔型束的扫描式
高，靶剂量的提高总体上能提高局部控制率。同样，因肿瘤局
部控制率的提高，也会因肿瘤的远地转移减少而提高生存率。
临床适应症
•肿瘤局部控制失败占主要的癌瘤
•因肿瘤局部控制失败导致远地转移的癌瘤 •解剖结构复杂、形状比较复杂，特别是凹形靶区; 或多靶 点的肿瘤的治疗 •常规放疗疗效很好，希望进一步减少放射并发症和改进患 者疗后的生存质量
绕患者作N次等中心旋转；每一次旋转过程中，MLC不断（一般 每间隔5º ）改变射野的大小和形状，完成一组“子野”的照射。 因为MLC旋转调强时MLC运动的范围和次数都低于MLC动态调强 和MLC静态调强，效率较高。
断层治疗技术，因模拟X射线计算机断层技术而得名，它是利用特
殊设计的MLC形成的扇形束绕患者体纵轴（此轴一般与加速器机架 旋转轴一致）旋转照射，完成一个切片治疗。然后利用床的步进，
完成下一个切片的治疗。本方法类似于英国Green氏在20世纪60年
代倡导的循迹扫描技术。按床的行进方式的不同，在美国的两个不 同地方，分别独立地发展了两种不同的断层治疗方式：步进
（Index）方式和螺旋（Spiral）方式。
调强治疗实现方法分类
步进式是在每次旋转照射完毕后，床
步进一段距离。
螺旋方式是采取螺旋CT扫描方式，机
相对的两个叶片中，有一片称为引导片，先运动到一个位置；然 此技术在文献中有不同的称呼，如相机快门技术、叶片跟随技术 和滑窗技术等。
后另一片称为跟随片，按选定的速度运动，给出各点所需的强度。
调强实现方法
调强治疗实现方法分类
MLC螺旋调强技术综合了MLC动态调强技术、MLC断层治疗技术
和MLC静态调强技术的特点。在整个照射过程中，治疗机机架