调强放疗

多叶光栅MLC治疗过程
MLC静态调强
• Step and shoot(Segmentation) • 是由逆向调强计划系统根据临床数据将各个照射野要求的强 度分布进行分级，利用MLC将每个照射野分成若干个子野， 每个子野内的强度是均匀的 • 优化计算赋予每个子野不同的权重，所有照射野的子野都被 优化为产生期望的治疗计划 • 治疗时各个子野分步按顺序进行。在实施治疗过程中，叶片 运动到第一个子野规定的位置停下，加速器出束，出到规定 MU数后停止；然后叶片运动到下一个子野的规定位置停下后 加速器再出束
1
照射
P点的总强度
T
fp
=
t=0
I(xr(t)-p)
I(p-xl(t))
dt
左叶片
右叶片
出束 时间
叶片 透射
e
叶片 半影
叶片端面 x(t)
x
叶片运 动方向
P
Sliding Window的传输和强度分 布
MLC两种调强方式的 比较
静态调强 Step and Shoot
动态调强 Sliding Window
调强计划设计
• 在模拟定位机上进行体位校准。
MLC-IMRT验证
验证等中心位置
TPS DRR等中心位置
ຫໍສະໝຸດ Baidu
加速器验证片（EPID）
MLC-IMRT验证
验证每一个射束的注量分布
MLC-IMRT验证 照射野注量分布验证比较
MLC-IMRT验证
验证体模中的剂量
RIT113
MLC-IMRT验证 等剂量分布胶片验证
用常规MLC进行多个固定野调强治疗： －分段式调强（SMLC，step and shoot） －动态调强（DMLC），叶片连续运动
用旋转照射野调强 －用常规MLC进行弧形调强治疗（IMAT） －孔雀系统（NOMOS/MIMiC）
PEACOCK系统
PEACOCK系统治疗过程
多叶光栅MLC Multileaf collimator
积的肺受量可超过20Gy 理想地说，陈述标准应依据肿瘤和正常组织的反应（即
依据生物指标：TCP，NTCP，EDU等）
设置照射野
与PEACOCK系统不同，MLC-IMRT非常依赖照射野设置
从整体上讲照射野的设置可能会对优化的IMRT计划质量 有很大影响，但是也可以认为由于优化的强度调整有力地 控制着剂量分布，所以从局部来说，射束角度的细调不像 对常规放疗和3D－CRT那样重要。
设置照射野
考虑到优化射野入射角的困难，往往直观地或根据经验 进行选择，或者等角度间隔排列射野。对等角分布的射 野，一般来说，射野数量越多计划质量越改善，但是增 到一定程度就不会改善了。
理想的最少射野数取决于几何与生物因素结合的方式， 包括靶区大小、形状和位；周围正常组织的大小、形状、 耐受力、组织结构和相对位置；以及处方剂量。这个数 目可以通过长期实践来确定
MLC-IMRT优势及适应病种
优势：执行效率高，可实现复杂照射技术 （非共面、多等中心等），大范围设野等
适应病种：理论上现在使用PEACOCK系统 的所有病种。优劣需通过实践来确定。
逆向计划系统
• 逆向，就是现设定需要的患者体内剂量分 布目标、再计算机器的技术方案和对应的 实际剂量交医师判断
体位固定
MLC-IMRT流程
CT扫描，勾画轮廓和靶区，确定照射中心
逆向计划设计（采用step and shoot或Sliding window 技术）
计划确认
QA验证
输入网络，传输至加速器，执行治疗
确定计划目标（Prescription）
有些情况，对目标函数的说明只要给出剂量限制就够了 多数情况要求以剂量－体积为基础的标准，如<20%体
• 关键核心是代价函数 • 主要的优化方法有模拟退火、连续退火、
梯度搜索等
代价函数
• COST FUNCTION • 实质是对剂量分布的优劣做量化的函数，
可以有类似的其他名称，可以形象的称为 打分 • 各种器官模型（参考ICRU62）打分的方法 和标准（在代价函数中的权重和系数）不 同
优化过程
• 设定一个原始的技术方案 • 计算剂量分布依照代价函数计算总得分 • 修改方案再次计算（优化主要关键） • 保留较好的结果，完成一次迭代 • 调整修改的程度继续进行迭代直至达到中
Step and shoot原理
1. MLC 设置 2. MLC 设置 3. MLC 设置
1/3 剂量
1/3 剂量
1/3 剂量
2/3 剂量
相加后的总剂量
静态MLC传输
Step and shoot的强度分布
1cm
m
1cm
1 cm 宽的 笔束
动态调强（DMLC）
Sliding Window
MLC动态调强（DMLC）是利用多叶准直器相对应的一 对 叶片的相对运动来实现对照射野内强度的调节
6. 考虑提高的放疗剂量要比常规大得多。
经典适形放疗与调强适形放疗
3野适形
Beam Profile # 1
3野调强 处方剂量
RO
RO
PTV
PT V
调强剂量分布可以与靶区更适形，更能保护危及器官
适形与调强照射野注量分布的比较
适形射束注量分布
调强射束注量分布
实现调强放疗的主要方式
物理补偿器：根据治疗计划计算的数据，针对各个照射野 制作补偿器
另一个问题是，多少照射野最佳？原则上说，射野数量越 多就能够提供越多的可调节的参数，因此有更多的机会达 到所希望的剂量分布（于是从理论上看旋转射束是最好 的）。但从另一方面看，使射野数目尽可能少也许更理想， 这样可以减少计划、质量保证、和剂量验证的难度及所用 时间。如果用优化的射束角度似乎比等角度排列所需要的 调强射野少。
临床放射物理学
调强放射治疗（第九章）
四川省肿瘤医院放疗中心物理室
什么是调强放疗（IMRT）
目前我们所指的IMRT是三维适形放疗 3DCRT（也叫经典适形放疗）的一种特 例，在这种放疗中用计算机辅助的优化 程序来计算出非均匀的强度分布，以便 达到某种特殊的临床目的，这种技术叫 做调强适形放疗。
在以下情况中IMRT比3DCRT更适用：
在每个照射野的照射过程中，由计算机系统按照调强计 划给出的数据进行控制，在各对叶片作变速运动时，加速 器不停地以变化的剂量率出束，由此得到所要求的强度分 布
Sliding Window基本原理
辐射 左叶片
出束时间
叶片运动方向
弧形叶片端面和叶片透射的影响
强度作为叶片 端面位置的函数
射束
I(x)
直接
1. 靶体积形状不规则，并且靠近需要保护 的重要器官。
2. 有关的靶体积紧贴容易损伤的器官，能 放宽的范围很小。
3. 有一个非常接近的区域己经放疗过，相 接的照射野要有非常精确的界线。
4. 用一般方法无法缩小GTV、CTV或PTV 来满足对等剂量线分布的要求。
5. 靶区的形状有一部分是内凹的，包围了 重要器官。
• 面剂量验证—Matrixx二维电离室矩阵
MLC-IMRT验证 绝对剂量验证
谢 谢！
止条件－与目标的接近程度或迭代的次数 等
优化相关问题
• 代价函数的构造 • 迭代计算中剂量计算既要保障精度又要保障整体
的运算速度 • 数学上可以理解为求解代价函数的最小值，优化
设计需要避免陷入局部最小
• 所有计算过程均有许多简化近似处理，最终需要 三维剂量的准确分布
• 思想上可以理解为：计算出那里高就降低那、那 里低就提高那里