IMRTIGRTSBRT
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❖ 3DCRT/IMRT已逐渐成为放射治疗的常规技术 ❖ 先进的IGRT技术开始为越来越多的放射治疗中心所
应用，ART技术展示了广阔前景 ❖ 物理照射技术的发展，提供了改变治疗模式的基础，
SRT和SBRT治疗模式（hypofractionated）可能 会有较大的发展
治疗计划到治疗机
采集XVI图像 获得XVI图像
VolumeView™ 对图像进行登记
IGRT在线工作流程(续)
Data Flow
Patient Flow
VolumeView™ 对图像进行登记
XVI数据到计划系统
如有必要可再 采集图像校验
在 治疗机上进行治疗
参数到床与加速器
计划到 Desktop Pro
总剂量和分次剂量； ❖ 缩短总治疗时间和减少分次次数
立体定向治疗原理
多靶点立体定向放射治疗
国外现代放射肿瘤学专著
（介绍了中国立体定向γ治疗系统）
X（γ）射线立体定向照射技术开创了高分次 (hypofractionated)肿瘤放射治疗的先河
Leksell Gamma Knife® Perfexion™
中国全身旋转式伽玛射线治疗系统（续）
加速器立体定向治疗系统
准直器托架
治疗床施配器准直器源自非小细胞肺癌立体定向放射治疗(SBRT)结果
Beitler II, Badine EA, El-sayah D et al IJROBP 65:100,2019
肺部肿瘤图像引导SBRT技术
计划CT影像
基于物理技术优势改变分次模式 (～二十世纪九十年代初期）
选择合适的病例，应用X（γ）射线三维照射 技术—X（γ）射线立体定向放射治疗、三维 适形治疗和调强治疗等，在降低正常组织剂 量的前提下，提高肿瘤组织的总剂量（或分 次剂量、生物效应剂量），缩短治疗时间
立体定向放射手术(SRS)和放射治疗(SRT)
剂量报告
国内开展三维放射治疗技术的统计
三维放射治疗技术 三维适形治疗 调强放射治疗 立体定向放射治疗 （X，γ射线）
开展的单位数（%）* 579（60.8%） 115（12.1%） 486（51.1%）
* 全国放射治疗单位952家
殷蔚伯（2019）
三维放射治疗的基本技术特征
❖ CT模拟技术 ❖ 应用三维治疗计划系统 ❖ 计算机控制实施治疗技术
靶体积移动（摆位误差或组织运动）导致误照射
IGRT技术修正器官运动
治疗过程患者体重和肿瘤变化对剂量 分布的影响
肿瘤和正常组织随时间(秒,天,周…)运动特点
❖ 周期性和可预测性（呼吸运动） ❖ 不规则（蠕动） ❖ 渐变（肿瘤的退缩）
IMRT IGRT
❖ IMRT对几何位置准确性的要求，促进了具有平面和 ／或体积图像功能治疗机的发展
❖ 采用新的照射技术，可以减小正常组织的剂 量，对某些部位和期别的病变，可采用高分 次剂量和总剂量，并且缩短总治疗时间的治 疗模式
基于生物学原理改变分次模式 (～二十世纪八十年代中期）
利用肿瘤组织和正常组织分次敏感性的差异 改变分次模式：
超分割模式—提高肿瘤总剂量（增加每天剂量）
加速超分割模式—缩短治疗时间
上下 10-20mm(5.9-10mm)*
❖ 前列腺 各方向均为10mm (5.6-10mm)*,
与直肠或膀胱相邻处缩小为5mm
*IGRT技术建议值
IGRT技术修正摆位误差
IGRT技术修正摆位误差
IGRT在线工作流程
作计划CT
CT图像到 计划系统
Data Flow
Patient Flow
在 治疗机上摆位
图像引导实施照射
KVCT
治疗计划
治疗 CT/ 计划 CT 融合
MVCT
35
X
30
Y
25
Z
20
15
10
5
0 <-3 -3～-2 -2～-1 -1～0 0～1 1～2 2～3 >3
13例头颈部肿瘤摆位误差与发生频数的关系
张连胜(2019) 肿瘤医院资料
13例头颈部肿瘤摆位误差统计
LR(cm)
SI(cm)
CT模拟
❖ 大孔径或常规CT ❖ 平面定位床 ❖ 模拟机工作站
❖ 激光定位系统
确确定定照叶射片野位参置数
治疗计划系统是治疗过程的
心脏
IAEA 430
三维放射治疗实施
TPS
治疗计划设计
❖ 治疗计划设计是一个过程，是使患者得到最优化治疗而确定 各种治疗参数的过程；
❖ 放射治疗的治疗参数包括：定义靶体积，定义正常组织（敏 感器官），剂量处方（dose prescription), 剂量分次模式， 患者体位，剂量计算和分布，剂量评估和确认，治疗机设置；
❖ 治疗计划设计最终产生一个详细治疗计划，并将在几周内仔 细和准确地执行
三维放射治疗计划系统的基本功能
1. CT影像输入和三维重建,多模式影像融合 2. BEV功能,可正向和/或逆向确定照射野参数 3. 准确计算3D剂量分布 4. DVH功能，3D剂量分布评估 5. 生成特定格式的治疗计划文件
Siemens 现代的放射治疗系统
Elekta
Varian
Accuray
BrainLab
Tomotherapy
利用多叶准直器实施调强治疗
3DCRT/IMRT技术特点
❖ 即使复杂形状的靶体积，也可以获得较高的 剂量和适形指数
❖ 显著降低正常组织及敏感器官的剂量 ❖ 实施照射时间相对较长 ❖ 靶体积和敏感器官间陡峭的剂量分布，要求
比常规照射技术更高的几何位置精度
❖ 高分次治疗模式，肿瘤治疗始于二十世纪七 十和八十年代，主要治疗颅内病变
❖ 应用这一技术治疗体部病变(SBRT)，始于二 十世纪九十年代初期：瑞典（1994），日本 （2019），美国（2019），中国……
治疗模式的改变
❖ 增加肿瘤的总剂量和分次剂量； ❖ 保持或尽量减少正常组织特别是敏感器官的
——ASTRO，ACR
❖ 人员组成和资质 ❖ SBRT的技术要求 ❖ 文件记录 ❖ 立体定向装置的质量控制 ❖ 影像的质量控制 ❖ 治疗计划系统的质量控制 ❖ 过程的模拟和治疗实施 ❖ 随访
Int J Radiat Oncol Biol Phys 2019;60:1026--1032
放射治疗技术和治疗模式的发展
❖ 治疗机图像技术的优势，推动IMRT技术发展为一新 领域—图像引导3DCRT技术(简称IGRT)
❖ IGRT技术可以为减小摆位误差(每一分次治疗间),改 善器官运动和解剖结构变化的影响(同一分次治疗 中),提供图像信息，以提高治疗效果。
IGRT的作用
❖ 准确定义PTV的边界(特定患者和/或特定部位) ❖ 准确实施患者摆位 ❖ 便于治疗中靶体积的定位 ❖ 实时监测解剖结构的变化
病人离开治疗室
医科达 VMAT技术
•改变机架旋转速度 •改变MLC形状和机头角度 •改变剂量率
瓦里安RapidArc技术 显著降低治疗时间
RapidArc
496 MU
传统的7照射野治疗
1685 MU
新的照射技术对治疗模式的挑战
❖ 常规治疗模式始于二十世纪三十年代：一周 照射五次，每次照射1.8—2.0Gy，持续治疗 6—7周，总剂量60—70Gy。
“一带一路”
IMRTIGRTSBRT
放射治疗计划和治疗实施
患者诊断/处方剂量
ICRU 29 定义 (1979)
X-ray 影像
平面影像靶体积 和敏感器官定义
正向计划设计
体积影像和影像融合
体积影像靶体积 和敏感器官定义
正向/逆向计划设计
ICRU 50 & 62 定义
(1993,2019)
计划评估 治疗实施
CBCT影像
24例图像引导SBRT摆位误差分析
60
60
50
X 50 Y
X Y
40
Z 40
Z
30
30
20
20
10
10
0
<-10
-6～4
0～2
6～8
0
<-10
-6～4
0～2
6～8
误差值 mm
误差值 mm
SBRT技术ITV至PTV的外放边界
❖ 校正前5.6-10.2mm ❖ 校正后2.1-2.3mm
SBRT的实施指南
位置误差分析
❖ 系统误差：分次摆位误差的平均值 离线(off-line)方式修正
❖ 随机误差：每分次摆位误差的波动(标准差) 在线(on-line)方式修正
PTV与CTV之间的间隙 ——（2系统误差+0.7随机误差）
❖ 头颈 各方向均为5 mm(3.1-3.8mm)*
❖ 肺癌
前后、左右 5-15mm
AP(cm) Rx(deg) Ry(deg) Rz(deg)
平均值
0.13
0.13
0.11
1.05
0.87 0.68
标准差
0.15
0.17
0.14
0.77
1.08 0.89
误差 -0.39~0.39 -0.46~0.26 -0.36~0.44 -1~2.7 -3~2.7 -3~1.4
100
X
80
Y
40例腹部肿瘤摆位误差统计
LR(cm) SI(cm)
平均值
0.23
0.37
标准差
0.30
0.45
AP(cm) Rx(deg) Ry(deg) Rz(de
0.27
1.22
1.05
0.98
0.34
1.56
1.44
1.24
范围 1.24~0.72 1.08~1.05 1.39~0.60 -4.0~5.1 -4.0~4.5 -3.0~3
Leksell Gamma Knife®
治疗体积
Leksell Gamma Knife C
Leksell Gamma Knife PERFEXION
Leksell Gamma Knife®
Leksell Gamma Knife C
Leksell Gamma Knife PERFEXION
中国全身旋转式伽玛射线治疗系统
60
Z
40
20
0
<-10 -10～ -8～6 -6～- -4～- -2～0 0～2 2～4 4～6 6～8 8～10 >10
-8
42
67例胸部肿瘤摆位误差与发生频数的关系
67例胸部肿瘤摆位误差统计
LR(cm) SI(cm) AP(cm) Rx(deg) Ry(deg) Rz(deg)
平均值 0.20
IGRT ART(自适应放射治疗)
❖ IGRT为临床提供了丰富的影像信息，可掌握 患者位置和解剖结构的动态变化
❖ CBCT可测试这一动态变化（天/周） ❖ ART是根据这一动态变化，修正治疗方案，
实施个体化治疗
ART技术
过大的外放边界
患者A
SI 患者B
特定患者的误差修正
患者C
Lat 患者D
William Beaumont
0.34
0.25
1.06
0.85
0.78
标准差 0.27 误差 0.63~1.15
0.44
0.31
1.45
1.23
1.08
1.02~1
.73
0.90~1 -5.0~3.5
.27
-5.0~3.4
-3.0~3.2
60
X
50
Y
40
Z
30
20
10
0
<-10
-8～6 -4～-
0～2
4～6
8～10
2
40例腹部肿瘤摆位误差与发生频数的关系
应用，ART技术展示了广阔前景 ❖ 物理照射技术的发展，提供了改变治疗模式的基础，
SRT和SBRT治疗模式（hypofractionated）可能 会有较大的发展
治疗计划到治疗机
采集XVI图像 获得XVI图像
VolumeView™ 对图像进行登记
IGRT在线工作流程(续)
Data Flow
Patient Flow
VolumeView™ 对图像进行登记
XVI数据到计划系统
如有必要可再 采集图像校验
在 治疗机上进行治疗
参数到床与加速器
计划到 Desktop Pro
总剂量和分次剂量； ❖ 缩短总治疗时间和减少分次次数
立体定向治疗原理
多靶点立体定向放射治疗
国外现代放射肿瘤学专著
（介绍了中国立体定向γ治疗系统）
X（γ）射线立体定向照射技术开创了高分次 (hypofractionated)肿瘤放射治疗的先河
Leksell Gamma Knife® Perfexion™
中国全身旋转式伽玛射线治疗系统（续）
加速器立体定向治疗系统
准直器托架
治疗床施配器准直器源自非小细胞肺癌立体定向放射治疗(SBRT)结果
Beitler II, Badine EA, El-sayah D et al IJROBP 65:100,2019
肺部肿瘤图像引导SBRT技术
计划CT影像
基于物理技术优势改变分次模式 (～二十世纪九十年代初期）
选择合适的病例，应用X（γ）射线三维照射 技术—X（γ）射线立体定向放射治疗、三维 适形治疗和调强治疗等，在降低正常组织剂 量的前提下，提高肿瘤组织的总剂量（或分 次剂量、生物效应剂量），缩短治疗时间
立体定向放射手术(SRS)和放射治疗(SRT)
剂量报告
国内开展三维放射治疗技术的统计
三维放射治疗技术 三维适形治疗 调强放射治疗 立体定向放射治疗 （X，γ射线）
开展的单位数（%）* 579（60.8%） 115（12.1%） 486（51.1%）
* 全国放射治疗单位952家
殷蔚伯（2019）
三维放射治疗的基本技术特征
❖ CT模拟技术 ❖ 应用三维治疗计划系统 ❖ 计算机控制实施治疗技术
靶体积移动（摆位误差或组织运动）导致误照射
IGRT技术修正器官运动
治疗过程患者体重和肿瘤变化对剂量 分布的影响
肿瘤和正常组织随时间(秒,天,周…)运动特点
❖ 周期性和可预测性（呼吸运动） ❖ 不规则（蠕动） ❖ 渐变（肿瘤的退缩）
IMRT IGRT
❖ IMRT对几何位置准确性的要求，促进了具有平面和 ／或体积图像功能治疗机的发展
❖ 采用新的照射技术，可以减小正常组织的剂 量，对某些部位和期别的病变，可采用高分 次剂量和总剂量，并且缩短总治疗时间的治 疗模式
基于生物学原理改变分次模式 (～二十世纪八十年代中期）
利用肿瘤组织和正常组织分次敏感性的差异 改变分次模式：
超分割模式—提高肿瘤总剂量（增加每天剂量）
加速超分割模式—缩短治疗时间
上下 10-20mm(5.9-10mm)*
❖ 前列腺 各方向均为10mm (5.6-10mm)*,
与直肠或膀胱相邻处缩小为5mm
*IGRT技术建议值
IGRT技术修正摆位误差
IGRT技术修正摆位误差
IGRT在线工作流程
作计划CT
CT图像到 计划系统
Data Flow
Patient Flow
在 治疗机上摆位
图像引导实施照射
KVCT
治疗计划
治疗 CT/ 计划 CT 融合
MVCT
35
X
30
Y
25
Z
20
15
10
5
0 <-3 -3～-2 -2～-1 -1～0 0～1 1～2 2～3 >3
13例头颈部肿瘤摆位误差与发生频数的关系
张连胜(2019) 肿瘤医院资料
13例头颈部肿瘤摆位误差统计
LR(cm)
SI(cm)
CT模拟
❖ 大孔径或常规CT ❖ 平面定位床 ❖ 模拟机工作站
❖ 激光定位系统
确确定定照叶射片野位参置数
治疗计划系统是治疗过程的
心脏
IAEA 430
三维放射治疗实施
TPS
治疗计划设计
❖ 治疗计划设计是一个过程，是使患者得到最优化治疗而确定 各种治疗参数的过程；
❖ 放射治疗的治疗参数包括：定义靶体积，定义正常组织（敏 感器官），剂量处方（dose prescription), 剂量分次模式， 患者体位，剂量计算和分布，剂量评估和确认，治疗机设置；
❖ 治疗计划设计最终产生一个详细治疗计划，并将在几周内仔 细和准确地执行
三维放射治疗计划系统的基本功能
1. CT影像输入和三维重建,多模式影像融合 2. BEV功能,可正向和/或逆向确定照射野参数 3. 准确计算3D剂量分布 4. DVH功能，3D剂量分布评估 5. 生成特定格式的治疗计划文件
Siemens 现代的放射治疗系统
Elekta
Varian
Accuray
BrainLab
Tomotherapy
利用多叶准直器实施调强治疗
3DCRT/IMRT技术特点
❖ 即使复杂形状的靶体积，也可以获得较高的 剂量和适形指数
❖ 显著降低正常组织及敏感器官的剂量 ❖ 实施照射时间相对较长 ❖ 靶体积和敏感器官间陡峭的剂量分布，要求
比常规照射技术更高的几何位置精度
❖ 高分次治疗模式，肿瘤治疗始于二十世纪七 十和八十年代，主要治疗颅内病变
❖ 应用这一技术治疗体部病变(SBRT)，始于二 十世纪九十年代初期：瑞典（1994），日本 （2019），美国（2019），中国……
治疗模式的改变
❖ 增加肿瘤的总剂量和分次剂量； ❖ 保持或尽量减少正常组织特别是敏感器官的
——ASTRO，ACR
❖ 人员组成和资质 ❖ SBRT的技术要求 ❖ 文件记录 ❖ 立体定向装置的质量控制 ❖ 影像的质量控制 ❖ 治疗计划系统的质量控制 ❖ 过程的模拟和治疗实施 ❖ 随访
Int J Radiat Oncol Biol Phys 2019;60:1026--1032
放射治疗技术和治疗模式的发展
❖ 治疗机图像技术的优势，推动IMRT技术发展为一新 领域—图像引导3DCRT技术(简称IGRT)
❖ IGRT技术可以为减小摆位误差(每一分次治疗间),改 善器官运动和解剖结构变化的影响(同一分次治疗 中),提供图像信息，以提高治疗效果。
IGRT的作用
❖ 准确定义PTV的边界(特定患者和/或特定部位) ❖ 准确实施患者摆位 ❖ 便于治疗中靶体积的定位 ❖ 实时监测解剖结构的变化
病人离开治疗室
医科达 VMAT技术
•改变机架旋转速度 •改变MLC形状和机头角度 •改变剂量率
瓦里安RapidArc技术 显著降低治疗时间
RapidArc
496 MU
传统的7照射野治疗
1685 MU
新的照射技术对治疗模式的挑战
❖ 常规治疗模式始于二十世纪三十年代：一周 照射五次，每次照射1.8—2.0Gy，持续治疗 6—7周，总剂量60—70Gy。
“一带一路”
IMRTIGRTSBRT
放射治疗计划和治疗实施
患者诊断/处方剂量
ICRU 29 定义 (1979)
X-ray 影像
平面影像靶体积 和敏感器官定义
正向计划设计
体积影像和影像融合
体积影像靶体积 和敏感器官定义
正向/逆向计划设计
ICRU 50 & 62 定义
(1993,2019)
计划评估 治疗实施
CBCT影像
24例图像引导SBRT摆位误差分析
60
60
50
X 50 Y
X Y
40
Z 40
Z
30
30
20
20
10
10
0
<-10
-6～4
0～2
6～8
0
<-10
-6～4
0～2
6～8
误差值 mm
误差值 mm
SBRT技术ITV至PTV的外放边界
❖ 校正前5.6-10.2mm ❖ 校正后2.1-2.3mm
SBRT的实施指南
位置误差分析
❖ 系统误差：分次摆位误差的平均值 离线(off-line)方式修正
❖ 随机误差：每分次摆位误差的波动(标准差) 在线(on-line)方式修正
PTV与CTV之间的间隙 ——（2系统误差+0.7随机误差）
❖ 头颈 各方向均为5 mm(3.1-3.8mm)*
❖ 肺癌
前后、左右 5-15mm
AP(cm) Rx(deg) Ry(deg) Rz(deg)
平均值
0.13
0.13
0.11
1.05
0.87 0.68
标准差
0.15
0.17
0.14
0.77
1.08 0.89
误差 -0.39~0.39 -0.46~0.26 -0.36~0.44 -1~2.7 -3~2.7 -3~1.4
100
X
80
Y
40例腹部肿瘤摆位误差统计
LR(cm) SI(cm)
平均值
0.23
0.37
标准差
0.30
0.45
AP(cm) Rx(deg) Ry(deg) Rz(de
0.27
1.22
1.05
0.98
0.34
1.56
1.44
1.24
范围 1.24~0.72 1.08~1.05 1.39~0.60 -4.0~5.1 -4.0~4.5 -3.0~3
Leksell Gamma Knife®
治疗体积
Leksell Gamma Knife C
Leksell Gamma Knife PERFEXION
Leksell Gamma Knife®
Leksell Gamma Knife C
Leksell Gamma Knife PERFEXION
中国全身旋转式伽玛射线治疗系统
60
Z
40
20
0
<-10 -10～ -8～6 -6～- -4～- -2～0 0～2 2～4 4～6 6～8 8～10 >10
-8
42
67例胸部肿瘤摆位误差与发生频数的关系
67例胸部肿瘤摆位误差统计
LR(cm) SI(cm) AP(cm) Rx(deg) Ry(deg) Rz(deg)
平均值 0.20
IGRT ART(自适应放射治疗)
❖ IGRT为临床提供了丰富的影像信息，可掌握 患者位置和解剖结构的动态变化
❖ CBCT可测试这一动态变化（天/周） ❖ ART是根据这一动态变化，修正治疗方案，
实施个体化治疗
ART技术
过大的外放边界
患者A
SI 患者B
特定患者的误差修正
患者C
Lat 患者D
William Beaumont
0.34
0.25
1.06
0.85
0.78
标准差 0.27 误差 0.63~1.15
0.44
0.31
1.45
1.23
1.08
1.02~1
.73
0.90~1 -5.0~3.5
.27
-5.0~3.4
-3.0~3.2
60
X
50
Y
40
Z
30
20
10
0
<-10
-8～6 -4～-
0～2
4～6
8～10
2
40例腹部肿瘤摆位误差与发生频数的关系