放射物理书新版第15章.doc
《放射物理书新版第15章.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《放射物理书新版第15章.doc(42页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第第 15 章章 放射治疗特殊技术与方法放射治疗特殊技术与方法E.B. PODGORSAK 翻译:翻译:祁振宇 黄晓延 Department of Medical Physics, McGill University Health Centre, Montreal, Quebec, CanadaM.B. PODGORSAK Department of Radiation Medicine, Roswell Park Cancer Institute, Buffalo, New York, United States of America15.1概述概述临床上除了常规应用的放射治疗技术之外,为满
2、足治疗的需要还发展了一些特殊的剂量照射方式与靶区精确定位的方法。这些技术、方法的应用通常需要对现有的设备进行升级改造,并采用特殊的质量保证规范。同时在治疗的过程中需要物理师全程跟随并提供技术保障。由于这些技术方法的复杂性,通常只局限于一些区域性的较大的放射治疗中心使用。 这些特殊的放射治疗技术主要包括以下 9 种。其中前 6 种属于特殊的剂量照射方式,后 3 种属于特殊的靶区精确定位技术。1立体定向治疗2全身光子线放射治疗(TBI)3全身电子线放射治疗(TSEI)4术中放射治疗(IORT)5直肠腔内放射治疗6适形放射治疗和调强放射治疗(IMRT)7图像引导的放射治疗(IGRT)8呼吸门控治疗技
3、术9PET/CT 影像融合技术15.2立体定向治疗立体定向治疗在过去的 15 年里,立体定向治疗技术从 20 世纪 60、70 年代只有几家医疗机构在使用的萌芽阶段迅速发展成为放射治疗的一种主流治疗技术,在世界范围内得到了广泛的应用。立体定向治疗主要使用多弧非共面聚焦技术,将预设的处方剂量投射到空间立体定位的病变靶区。立体定向治疗主要应用于脑部肿瘤,也有一些研究将其使用于其他部位肿瘤的治疗。立体定向治疗的主要特点是: 总照射剂量一般为1050 Gy,治疗的靶体积较小,典型照射体积为135cm3。 立体定位偏差应小于1 mm,剂量偏差需小于5%。 立体定向治疗可以通过体内立体插植活性放射源来实现
4、(立体定向近距离体内放射治疗) ,更多的时候是使用一个或多个体外放射源来完成(立体定向 体外放射治疗) 。 立体定向体外放射治疗(SEBI)根据治疗分次可以分为两类:立体定向放射手术:所有治疗剂量一次完成。立体定向放射治疗:和标准放射治疗类似,总治疗剂量分多次实施。 从技术角度看,立体定向放射手术与立体定向放射治疗没有本质区别。二者常常通称为立体定向放射手术。 通常任何用于体外放射治疗的放射源都可以用于立体定向放射手术(如:钴60射线,高能X线,质子或重带电离子束,甚至中子线)15.2.1立体定向放射手术的物理与临床要求立体定向放射手术的物理与临床要求立体定向放射治疗需要满足的物理、临床要求是
5、: 使用立体定位技术精确定义靶区体积和位置 靶区体积内外的三维剂量分布计算 靶区和敏感器官的剂量体积直方图计算 剂量分布与靶区轮廓相适形, 并且在靶区体积外剂量迅速跌落。 在含有靶区与周围组织解剖结构的诊断图像上显示等剂量曲线的分布 指定病变的精确治疗剂量和分次治疗方案 精确的靶区照射位置精确度 (1mm) 精确的靶区照射剂量精确度 (5%) 在合理的时间内完成治疗 低皮肤剂量 (避免脱发), 低晶体受量 (避免白内障) 放射敏感器官接受的散射和漏射剂量比较低或可忽略(避免继发的放射生理、遗传反应)15.2.2立体定向放射治疗的适应症立体定向放射治疗的适应症立体定向放射治疗的适应症有: 功能性
6、紊乱 血管病变 原发(primary)良性和恶性肿瘤 转移瘤15.2.3立体定向放射手术所需设备:立体定向放射手术所需设备:立体定向放射手术所需的设备有: 立体定位框架: 为计划靶区(PTV)精确定位和照射提供一个固定的坐标系统。立体定位架也用于辅助患者摆位和治疗过程中的体位固定。 影像设备(如 CT、磁共振(MR)、数字减影血管造影(DSA):用于正常组织结构、病变与靶区的显示、定义与定位。 靶区立体定位软件:结合立体定位框架和影像设备,确定靶区在立体定位系统中的参考坐标。 治疗计划设计系统(TPS):计算立体定向放射手术的三维剂量分布,并以等剂量曲线的形式在含有解剖结构的诊断图像上显示出来
7、。 放射源和放射手术治疗技术。15.2.4 历史发展20 世纪 50 年代初,瑞典神经外科专家 Leksell 首先提出了将立体定向技术与放射治疗相结合的方法,并将其命名为“放射手术”。当时 Leksell 使用 200 kVp 的 X 射线对颅内病变进行了单次大剂量(100 Gy)照射。所用的射线从几个方向聚焦到靶区,保护了周围的重要组织。基于深部 X 线的放射手术治疗在 20 世纪 50 年代后期逐步停止使用,但是脑部聚焦照射的概念却应用到了一些更加合适的放射束上,从回旋加速器的质子束、钴60 的 射线,一直到新近的直线加速器的兆伏级 X 射线。1974 年,Larsson 首先探讨了使用
8、直线加速器进行放射手术的可行性。1984年,Betti 和 Derechinsky 则进一步报道了基于直线加速器的多弧非共面旋转聚焦技术在的发展和临床应用情况。此后不久,这一新技术分别由 Colombo 等人在意大利维琴察、Hartmann 等人在德国海德尔堡投入临床使用。1986 年,美国波士顿的哈佛大学与加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学也相继引入了这一技术。这是北美最早开展以直线加速器为基础的放射手术治疗的两家机构。哈佛大学采用了多弧非聚焦non-converging弧度技术,而麦吉尔大学则发展了动态立体放射手术的方法。15.2.5放射手术技术 15.2.5.1 伽马刀伽马刀(又名伽马治疗机)是
9、过去40年里发展起来的一种放射手术设备。期间虽然历经了无数次重大的技术改进,但是仍然沿用了20世纪60年代末Leksell伽马治疗机原型的基本结构和原理。伽马刀在治疗机体部中心装备有201个60钴放射源,其产生的201个线束经准直后聚焦到一点,即焦点。放射源到焦点的距离约为40 cm。伽马刀圆形照射野大小最终由4种不同规格的准直器头盔决定,在焦点平面处提供的射野直径通常为4到18 mm。伽马刀的主要部件为: 治疗机,包括上半球形防护罩和中央部的机体。 治疗床和移床装置 4种不同规格的准直器头盔,在焦点平面处提供射野直径为4到18 mm的圆形照射野。 控制装置图15.1显示了一个典型伽马刀装置,
10、包括机体、治疗床和准直器头盔。图 15.1 新型伽马刀(4C 型)示意图。该型伽马刀主要由一个装备有 201 个60钴放射源(活度:30 Ci1.111012 Bq)的治疗机体、治疗床和准直器头盔组成。左上角的插图显示了一个患者治疗的自动摆位系统。15.2.5.2 基于直线加速器的放射手术以加速器为基础的放射手术(又名X刀)可以使用现有的标准等中心型的直线加速器,通过对其部分装置进行改进,使之符合更加严格的机械、电子误差标准。这些改进措施相对简单,主要包括: 辅助的准直器,包括定义放射手术小圆形照射野的一系列不同规格的附加准直器,或可以定义不规则照射野的小多叶准直器(MLC) 远距离操控的自动
11、治疗床或旋转治疗椅 在治疗中用以固定立体定位框架的床的托架或地面支架 治疗床角度和高度的显示及连锁 特殊的制动装置,用以治疗过程中固定治疗床的升降、进出和侧向移动X 刀技术目前主要分为三类:多弧非共面聚焦技术、动态立体放射手术以及锥形旋转聚焦技术。这些技术的划分主要依据加速器臂架和患者治疗床(或椅)从起始角度到中止角度的旋转运动方式来决定。应用多弧非共面聚焦技术时,在加速器臂架旋转照射过程中治疗床(或椅)保持静止;而使用动态立体放射手术治疗时,机架和治疗床同时旋转运动(如:当机架从 30 至 330 旋转运动 300 时,治疗床从 75 至75 旋转 150 )。图15.2 显示了应用动态立体
12、放射手术治疗患者的情况。图15.2 动态立体放射手术治疗示意图。使用锥形旋转聚焦技术治疗时,加速器臂架保持静止,患者随治疗椅旋转运动。在上述三种技术中,最常使用的是多弧非共面聚焦技术,其次为动态立体放射手术。15.2.5.3 安装在机械臂上的小型直线加速器系统一种安装在机械臂上的小型直线加速器系统(赛波刀CyberKnife)为基于直线加速器的放射手术治疗提供了一种全新的方式,其应用改变了传统放射手术治疗靶区定位和剂量照射的方法。与传统框架结构为基础的立体定位不同,赛波刀采用非侵入性的图像引导的靶区定位方法;同时赛波刀不使用传统等中心型加速器,而是采用一台6 MV、工作于104MHz X波段的
13、小型直线加速器,并将其安装在工业机械手臂上。图15.3给出了一个典型的安装在机械臂上的小型直线加速器系统的示意图。图15.3 安装在机械臂上的小型直线加速器系统(赛波刀)的示意图。赛波刀立体定向放射手术治疗系统扩展了传统立体定向手术的范围。与传统技术相比,赛波刀具有以下优点:(i) 赛波刀允许无框架结构放射手术治疗(免除了使用刚性、侵入性立体定位框架的需求)(ii) 赛波刀可以连续监测、追踪患者的治疗体位,运用在线影像方法确定靶区在治疗室坐标系中的准确位置。(iii)通过图像引导的方法,赛波刀引导射线瞄准在线确认的靶区位置,可以实现靶区剂量照射的定位精度在1 mm以内(iv)赛波刀无需框架结构
14、的特点便于其运用到其他颅外病灶的治疗,如:脊髓、肺和前列腺。可以通过人体骨骼或手术预置的金属标记点作为靶区定位的参照系。15.2.6放射手术治疗执行的不确定性结合立体定位框架技术,现代影像设备的最小靶区定位误差可以达到1 mm。在患者从影像室转移到治疗室的过程中,脑部组织的位移十分微小,由此产生的误差可以忽略不计。在精良的机械条件下,加速器型的立体定向系统执行精度可以达到0.5 mm,伽马刀则可以将误差控制在0.3 mm以内。虽然两种技术靶区剂量投射的总精度相差无几,加速器型的系统为保证治疗的准确性却需要比伽马刀更加严格、繁琐的质量控制和质量保证规范。这是由于用加速器实施放射手术方式十分复杂,
15、基于加速器的系统发生较大误差(如遗失部分靶区)的几率远大于伽马治疗机。但是与伽马刀相比,加速器型系统却具有更大的发展优势。目前计算机控制微型多叶准直器已经商用,可以使用不规则射野实现单一等中心的放射治疗。装配在机械臂上的小型加速器治疗系统无需传统的框架定位结构,使用图像引导的剂量投射方式进行放射手术治疗,给患者和工作人员带来了明显的益处。另外,不仅可以用于脑部,还可以用于其他病灶的立体定向放射治疗。与多个等中心的治疗相比,小多叶准直器技术可以实现单一等中心治疗,从而改善靶区剂量分布的均匀性,提高适形度,减少敏感器官的散射和漏射剂量。一旦放射手术逆向治疗计划系统(ITP)研制成功,辅以微型多叶准
16、直器的三维适形调强放射手术治疗将成为临床的常规治疗方法。15.2.7处方剂量和剂量分次放射手术处方剂量和治疗次数取决于病变的种类、颅内靶区的体积和位置。良性病变多使用单次治疗,恶性肿瘤则采用分次治疗的方式。立体定向手术(单次治疗): 主要适用于功能性失调、血管畸形、一些良性肿瘤和远处转移病灶的治疗。 偶尔用于恶性颅内肿瘤常规放射治疗后的剂量推量。 处方剂量1225 Gy;病灶越大,处方剂量越小。应用立体定向放射治疗(分次治疗)时,可以在疗程中将定位框架固定于患者颅骨,或者使用可以重复摆位的定位框架。考虑到治疗的复杂性,立体定向手术多使用较大的分次剂量,常见剂量分割方法为6 7 Gy(总剂量42
17、 Gy),每两天照射一次;或10 4 Gy (总剂量40 Gy),每天照射一次。15.2.8放射手术设备的临床测试虽然剂量投射的方式不同,放射手术设备临床测试所遵循的基本原则十分相似。在临床应用放射手术技术之前,需要考虑以下问题: 获取照射野的剂量学数据,保证治疗计划剂量计算的准确性和患者的治疗安全。 放射手术设备的机械精度必须在可接受的的误差范围,保证治疗准确、可靠的实施。 治疗过程中的每一个环节,从靶区定位、计划设计到治疗实施,都必须要经过实际验证,保证用于放射手术的各种软件、硬件设备的可靠性和精确性。15.2.9放射手术的质量保证放射手术是一项十分复杂的治疗技术,不仅需要参与人员的密切合
18、作,还需要准确的靶区定位和计划设计以及严格的质量保证规范。执行放射手术的核心成员包括神经外科医师、放射肿瘤医师、物理师以及放射治疗技术人员(治疗师)。放射手术质量保证规范主要分为以下三类: 日常基本质量保证规范:用于维护放射手术靶区定位、三维计划设计、剂量实施的各种设备的正常性能。 术前质量保证规范:用以执行放射手术前的相关设备的校准与准备。 术中质量保证。15.2.10 伽马刀与直线加速器型放射手术的对比20世纪80年代后期随着直线加速器型放射手术的诞生,放射手术治疗迅速发展成为一种主流的放射治疗技术,在其技术与临床的应用上都取得了较大进展。但是当放射手术方法从神经外科过渡到放射肿瘤部门的时
19、候,作为技术发明者和主要使用者的神经外科医生与受过专门培训的、具有使用放射线治疗疾病专业资格认证的放射肿瘤医师在观念上尚存在诸多分歧。放射肿瘤医师比较认可等中心加速器型设备的临床使用。他们对基于加速器的新的放射手术技术十分热衷,但是对放射手术使用单次大剂量照射而不采用常规放射治疗剂量分次照射的方法持保留态度。而神经外科医生以前有过很多伽马治疗机的使用经验,他们对放射手术技术中采用的等中心加速器的机械稳定性存有疑问。与使用201个固定照射野的伽马刀治疗相比,加速器等中心偏移会影响放射手术剂量投射的准确性,导致治疗失败。从这点看,神经外科医生的担心不无道理,事实上,并不是所有的等中心加速器都可以用
20、于放射手术治疗。只有那些设计良好、调校准确、维护严格的加速器,其等中心保持稳定且偏差小于1 mm,才适合用于放射手术治疗。放射肿瘤医师和物理师的一致观点是加速器型放射外科可以获得和伽马治疗机型放射外科相同的治疗效果。与伽马治疗机型放射外科相比,虽然加速器型放射外科所需的技术更加复杂,但是却具有更加广阔的发展前景。与之相反,大部分的神经外科医生认为伽马刀的治疗效果优于任何以加速器为基础的放射手术治疗。这种观点使得过去的十年里全世界新增的伽马刀治疗设备超过100台。15.2.11 无框架结构立体定位近年来,无框架结构立体定位技术取得了长足的进展。这种定位技术在保持原有框架定位准确性的同时,避免了使
21、用侵入性的经颅骨固定的立体定位框架。通过手术留置标记点(金线圈或金螺钉)或借助在线平面影像(如安装在机械臂上的小型加速器治疗系统(见15.2.5.3),无框架结构立体定位的方法已经在图像引导的神经外科手术和放射手术中得到应用。无框架结构立体定位技术提供的靶区定位的准确性接近于使用侵入性的立体定位框架。采用该种定位技术实施放射手术时,需要借助大量的现代化数字影像和在线监控系统。在不远的将来,无框架结构立体定位技术有可能取代现有的框架结构立体定位方法。 15.3全身照射TBI是一种特殊的放射治疗技术,可以对患者的全身进行相对均匀(10%)的剂量照射。高能光子线,包括钴60射线或高能X射线,常被用来
22、进行TBI治疗。从广义上看,全身照射的概念包括了所有的大野照射,诸如半身照射、全淋巴结照射以及对个别器官进行部分或全部遮挡的全身照射等。15.3.1全身照射临床分类依据不同的临床情况,TBI技术可以分为以下四类: 高剂量TBI:总剂量1200 cGy,单次照射或分成6次、每三天照射一次。 低剂量TBI:分1015次照射,每次1015 cGy。 半身照射:总剂量8 Gy,单次照射上半身或下半身。 全身淋巴结照射:典型的淋巴结照射剂量为40 Gy,分20次照射15.3.2全身照射适应症TBI最初是作为骨髓移植(BMT)前灭杀白血病细胞的部分准备工作。骨髓来源可以是患者本身(自体移植),也可以是同卵
23、双生的兄妹(同源移植)或组织配型相同的供体(异体移植)。在不远的将来随着生物工程技术的发展,还可以使用来自不相关不匹配的供体的干细胞进行骨髓移植。这些干细胞经过处理后,可以避免发生机体的免疫排斥反应,极大的扩展了骨髓移植技术的有效性和可靠性。在移植供体骨髓前,需要首先灭活患者体内的肿瘤细胞或基因紊乱细胞。虽然这种灭活机制可以通过化疗单独实现,大多数的骨髓移植前准备是通过联合应用大剂量的化疗和TBI来完成的。由于联合应用化疗和TBI可以抑制机体的免疫系统,有助于减少骨髓移植后移植物与宿主之间发生免疫排斥副反应而导致移植失败,这一方法已经被列入了骨髓移植的治疗规范。因此可见,合理使用TBI对保证骨
24、髓移植的成功具有重要意义。骨髓移植的主要适应症有: 不同类型的白血病(如:急性非淋巴细胞性白血病、急性淋巴细胞性白血病、慢性粒细胞性白血病) 恶性淋巴瘤 再生障碍性贫血.15.3.3全身照射技术现状当前TBI技术主要使用钴60治疗机或高能加速器提供的高能光子线。治疗的方式主要有两种:一种是静态TBI,主要使用70 200 cm2的足够大的照射野覆盖全身;另一种是动态TBI,使用相对小的照射野,通过某种方式的平移或旋转的方法使射野覆盖患者全身。通常TBI采用相同权重的对穿野照射,在两个射野间切换体位。15.3.4全身照射技术全身照射即可以使用专用的辐射设备(见图15.4(a)和(b)图及图15.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 放射 物理 新版 15
限制150内