放射物理学课件——调强适形放射治疗
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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。
பைடு நூலகம்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
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：
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
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) 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(%) 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(%)
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 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。
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
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 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。
3DCRT 87
92.9±13.9 69.1±2.6 66.3±5.3 69.8±2.6 71.7±2.4
33.7±15.0 8.5±11.8 22.3±12.5 6.3±8.4
SRT 87
92.9±10.8 69.2±2.6 63.5±8.6 69.7±2.8 71.3±2.8
62.7±21.0 28.8±28.9 50.5±22.8 19.4±24.4
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。 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。
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
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 的物理措施。适形放射治疗为一种治疗技术，使得：高剂量区的 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， 学术界将它称为三维适形放射治疗(3DCRT)
为达到剂量分布的三维适形,必须满足下述必要条件
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
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
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。
பைடு நூலகம்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
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：
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
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) 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(%) 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(%)
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 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。
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
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 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。
3DCRT 87
92.9±13.9 69.1±2.6 66.3±5.3 69.8±2.6 71.7±2.4
33.7±15.0 8.5±11.8 22.3±12.5 6.3±8.4
SRT 87
92.9±10.8 69.2±2.6 63.5±8.6 69.7±2.8 71.3±2.8
62.7±21.0 28.8±28.9 50.5±22.8 19.4±24.4
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。 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。
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
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 的物理措施。适形放射治疗为一种治疗技术，使得：高剂量区的 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， 学术界将它称为三维适形放射治疗(3DCRT)
为达到剂量分布的三维适形,必须满足下述必要条件
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
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