放射治疗概括性介绍

• 中子束
• 电子束
-
带电粒子 加速（MV）
• 质子束 • 重粒子束
• 电子枪
电子加 速（kV）
• 电子束 • X射线
电磁辐射
Cell phone
放射线在放射治疗中应用
放射线种类： • 射线 • 射线 • γ 射线 • X 射线 • 电子束 • 质子束 • 中子束 • 重粒子束
放射成像 近照射治疗 放射手术 放射治疗
放射线在放射治疗中应用
放射线种类： • 射线 • 射线 • γ 射线 • X 射线 • 电子束 • 质子束 • 中子束 • 重粒子束
放射成像 近照射治疗 放射手术 放射治疗
放射生物学效应
放射治疗反应效果
无副作用机率 肿瘤控制机率
治疗窗口
正常组织 损伤几率
机率 (%)
剂量（Dose）
剂量定义
j 1n
目标函数
• A simple dose-based objective function takes the form
O {D0(1) Db (1)}2 {D0(2) Db (2)}2...
0.03.30 0.25 Objectiv0e0.2.20 function0.15 0.01.10
剂量
English
放射红斑 skin erythema
照射量 exposure
吸收剂量 absorbed dose
当量剂量 Equivalent dose (生物剂量）(Biological Dose)
定义
单位
皮肤变红的程 度
X射线和γ射 C/kg 线在空气中产 (伦琴，R， 生的电离数 mR)
单位质量物质 J/kg
• 3D-CRT：独立的点剂量计算
• IMRT/SBRT/VMAT：测量
Linac
• 验证结果: 没问题, 改变计划, 或从新计划
• 数据传输检查－－R&V系统
治疗过程
• 病人摆位
– 皮肤标识 – 图像引导（IGRT）
– 治疗参数验证
• 治疗 • 治疗结果评估和记录
图像引导
• 射野影像（Portal image）: 胶片或 电子射野影像设备(EPID)
接收电离辐射 (戈瑞，Gy，
的能量
cGy）
吸收剂量乘上 J/kg 生物效应系数 (希符，Sv，
rem)
常用于 治疗 治疗和防护
放射治疗
放射防护
剂量分布
• PDD （剂量深度分布曲线）
1.20
SSD
1.00
0.80
d
dmax
Dd
0.60
0.40
0.20
0.00 0
Ionization Curve PDD shift 1.8mm upwards
Rectum 65Gy <15%, 31Gy <40%
入射剂量强度调制提高肿瘤内剂量 分布
fluence
剂量强度调制和优化 Intensity Modulation and Treatment Optimization
治疗野强度调制
1 cm 1 cm
IMRT （调强适形放射治疗）
IMRT 治疗计划
Gamma 刀
多源同时照射 高度聚焦 高剂量衰减梯度
• 放射手术（SRS） • SBRT、SRT
特点：聚焦照射形成一个治疗靶点，改变靶点的位置完成整个靶区的照射
Cyberknife
Display in 3D & 2D
Tomotherapy 断层扫描式治疗
图像引导的放射治疗（IGRT）
二维正 交图像
放射治疗概括性介绍
李金升 博士
何为放射？
放射源
放射线种类： ：
• 射线
电子 e
• 射线
粒子
• γ 射线
• X 射线
光子
放射线
• 电子束 • 质子束
电子 质子
• 中子束
中子
• 重粒子束 粒子，碳原子等
放射源种类
• 放射性物质 衰变
• 射线 • 射线 • γ 射线
• 反应堆 • 加速器
级联 反应
?
逆向优化
?
?
40
!%
90
80%
%
70%
Cij -- dose contribution in voxel i from beamlet j in an open beam
wj -- Weight for beamlet
j
i
Di= Cij Wj
IMRT 剂量计算
j 体素 I 的总剂量
i
Di CijWj
计划优化
逆向优化
?
?
?
!
80% 70%
More detail… 7/9/14 (Tue) 9:00-10:00 am TPS in UM, Byongyong Yi, Ph.D.
剂量计算
Time
Accuracy
– 三维空间剂量计算
Linac
– 剂量算法在简繁程度上和准 确度上有很大差异
r r’
治疗计划评估
2D X-ray Simulator (Acuity)
CT-Simulator (AcQSim)
治疗计划概述
– 图像传送到计划系统 – 图像融合和勾画 – 确认靶区和处方剂量及分次 – 选定治疗治疗技术和方案 – 设置放射野 – 计划优化和剂量计算 – 计划评估和剂量验证 – 计划传输到R&V或直接到治疗机数据库
CBCT
放射治疗临床过程
看诊 图像获取， 治疗计划 治疗计划验证、 病人摆位和
诊断 治疗模拟 Treatment
检验
治疗
Diagnosis Simulation Planning Verification Treatment
随访 Follow-up
图像获取和模拟治疗
– 和治疗有关的病人信息
– 固定病人方案和皮肤标识 – 病人形体信息
常规分次治疗
常规分次治疗+局
部剂量增强
肿
立体定向超分次治
瘤
疗（SBRT／SRT） 放
立体定向放射手术 （SRS）
射 治
疗
间歇性低剂量率放
射治疗
其它非常规治疗
实现形式：照射技术
三维适形(3D-CRT)
调强适形(IMRT)
三维拉弧适形 (Conformal Arc)
容积拉弧调强(VMAT)
图I 像G + 引= R 导T
治疗计划评估-DVH
治疗计划指标: 胸腔放疗
Structure PTV Cord Lung Heart Esophagus Liver
Dose/Volume
VRX > 95% 50 Gy max
V20 < 40% V50 < 50% V60 < 50% V30 < 40%
治疗计划验证
• 剂量计算要用第二种方法验证
• 间歇性低剂量率治疗
– 常规分次，每次治疗时间长，低剂量率高放射反应敏感性
• BID
– 每天两次治疗，每次剂量较低，适于快速生长肿瘤
二维照射
临床照射技术
常规治疗－三维适形
－－正向计划
40 %
90
80%
%
70%
3D CRT （三维适形）
Conventional 4-Field Box
3D CRT
A-Leaves B-Leaves
Dynamic technique - Analog Mode
v(t)
A-Leaves B-Leaves
ຫໍສະໝຸດ Baidu
v(t) ... v(t)
剂量分布地图的照射实现
三维适形
40 %
90
80%
%
70%
拉弧适形（Conformal Arc）
调强拉弧适形（IMAT）
容积调强拉弧适形（VMAT）
等剂量线
三维剂量分布
Regions outside the dose cloud are under-dosed.
• Enclose volumes receiving doses greater than or equal to the value of the dose cloud/isodose curve
50
100
150
200
250
300
350
剂量分布 （一维）
• PDD （剂量深度分布曲线）
2. Dmax
3. Attenuation with depth
1. Skin Sparing
剂量分布（一维）
• Profiles （横向剂量分布）
剂量分布（二维）
• Isodose （等剂量分布曲线）
剂量分布（二维）
1. 模拟治疗过程（Simulation） 2. 病人固定装置 3. 3D 图像 （CT，MR） 4. 适形器具：block （铅块，楔形板，MLC）
放射治疗新要求
Posterior margin: 4mm, the rest 8mm
In-house hypofractionated protocol 70.2 Gy - 2.7Gy fx
• 等剂量线，Color wash
剂量分布（三维）
剂量分布（统计）
• DVH （剂量体积分布剂量图）
DVH参数
体积（％）
100
V95
80
60
40
20 0
0
Dmin
Dmax
20
40
60
80
100
120
Dose (%)
95
D80
放射治疗技术和方法
临床治疗技术
照射技术
实现
放射治疗技术多样性
外照射临床治疗技术
• 临床治疗技师自检 • 治疗记录（人工和电子R&V系统） • 周治疗记录检查 • 治疗结束时完整治疗记录检查
Gamma 刀
赛博刀 断层扫描式治疗
临床治疗技术
• 常规分次治疗（1.8-2.0Gy／fraction）
– 多次（10-40），每分次较低剂量，总剂量最高，总生物学剂量最低
• 立体定向放射手术（SRS）
– 一次性，很高剂量，总剂量最低，总生物学剂量最高
• 立体定向放疗（SBRT）
– 多次（2-5次），每次较高剂量，总剂量较低，总生物学剂量较高
0.05 00
20 40 60 80 Iteration step
优化过程
100
75
50
25
local downhill gradient [ -grad f(w )] Global minimum
治疗实现方式: 多叶光栅 Multi-leaf Collimator （MLC）
“Step and Shoot” and “Dynamic” Delivery “Step-and-shoot” technique - Digital Mode
• 千伏级图像（kV Image）: OnBoard Imaging (OBI)，正交图像系 统
• 锥形束CT（Cone Beam CT， CBCT)
• Others: – Calypso – VisionRT
输出：精确定位信息或位移信息
CBCT Plan CT
Portal image
治疗记录和验证（R&V）