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放射治疗新技术南方医院放疗科任陈放射治疗在肿瘤治疗中的作用癌症治疗五年生存率1900s1930s1960s1990s5%15%30%45%AmericanCancerSociety:Cancerfacts&figures2019手术、放疗、化疗三大手段对癌症治愈率的相对贡献外科手术22%放射治疗18%化学治疗5%EurJCancer1992;28A:2061-206960%～70%的肿瘤患者需要接受不同目的（根治性、辅助性、姑息性）的放射治疗常规放射治疗技术时期设备技术特点20世纪80年代以前深部X线机60钴治疗机低能医用直线加速器照射野设置数少固定束治疗二维治疗计划系统以X线模拟定位影像为指导以骨性标志为基准以非肿瘤空间位置为特征“常规”至“适形”：挑战与机遇3DCRT概念适形放疗的机遇CT模拟定位三维治疗计划系统20世纪60年代19922019•3DCRT基本概念•相关设备研制•3D治疗计划系统•螺旋CT•多页光栅•螺旋多层CT常规放疗面临的挑战当肿瘤靶区剂量达到致死剂量时，对射线入射路径上的正常人体组织和器官损伤较大三维适形放射治疗技术（3DCRT）时期设备技术特点20世纪90年代中期带MLC的直线加速器非共面、不规则野野截面形状由多页准直器调节三维治疗计划系统以CT断层扫描重建的三维图像为指导以计算机辅助优化计算为平台以射线束可视化为特征“经典”适形至“调强”：逆向思维的成功危及器官靶区治疗区“经典”适形面临的问题约有30%左右的肿瘤为凹形靶区,周围有重要器官射野方向的剂量分布与靶区截面几何形状符合辐射野内的剂量强度是均匀的“经典”适形至“调强”：逆向思维的成功危及器官靶区治疗区“调强”适形的核心理念：按照临床要求的靶区三维剂量分布计算出各射野方向上二维强度调制函数（逆向运算）射野方向的剂量分布与靶区截面几何形状符合辐射野内的剂量强度根据临床要求实时调变调强适形放射治疗技术（IMRT）IMRT利用逆向治疗计划系统和计算机控制的动态准直器,将每条射线束细分为很小的子野并调节每个子野的剂量强度,雕刻出与肿瘤相匹配的高度适形的剂量曲线.[什么是调强放射治疗]最大限度减少正常组织受照剂量治疗不规则凹形肿瘤靶区提高肿瘤分次照射剂量“21世纪放疗技术的革命”调强放疗的临床应用目前主要应用于以下肿瘤：头颈部肿瘤、脑瘤、前列腺癌和胰腺癌，妇瘤。它们的共同点是肿瘤本身不运动，或移动范围小。同时满足以下一个或多个条件：靶区多为凹形，鼻咽、前列腺等靶区附近有单个危及器官（OAR），常规放疗技术无法避开OAR，如脊柱旁肿瘤、左乳癌。靶区附近有多个OAR，与靶区位置关系复杂，常规放疗技术难以满足临床需要，如头颈、前列腺癌、胰腺癌；邻近多个靶区同时治疗，如头颈部原发灶与淋巴结等靶区PTV、GTV不同剂量梯度治疗，如鼻咽、胰腺、前列腺癌等常规放疗技术无法实现多方向补偿调强放疗的类型（一）静态MLC调强指在照射过程中照射野的形状不变，在相邻照射野中间改变，同义词是StepandShoot或Stopandshoot，照射过程中机架角度不变。每次准直器形成一个子野形状，或叫一个分野。各个子野的不同权重的强度分布的相加就得到了所期望的强度分布。调强放疗的类型（一）静态MLC调强Beam16,17,18Beam5,6,7,8Beam1,2,3,4Beam9,10,11Beams12,13,14,15调强放疗的类型（一）静态MLC调强3.MLC设置2.MLC设置1.MLC设置1/3剂量1/3剂量1/3剂量相加后的总剂量2/3剂量调强放疗的类型（一）静态MLC调强“像束”样的强度分布调强放疗的类型（一）静态MLC调强减少子野数目、叶片运动次数和MU数以便保证剂量传送的精度，但是子野太少剂量分布就达不到调强的要求。MLC静态调强在每个子野照射结束后必须关断射线才能转到下一个子野，由于加速器射线的开关动作，带来剂量率的稳定问题剂量验证比较容易，需要的治疗时间比较长调强放疗的类型（二）动态MLC调强指在照射的过程中，准直器的形状是变化的，其同义词是滑窗（Slidingwindow）。照射过程中机架不动。MLC中每对叶片（一对叶片形成一个缝隙）都朝着一个方向以不同的速度运动，其速度大小是时间的函数。叶片位置、叶片速度、输出的MU值和剂量率是相互影响的。调强放疗的类型（二）动态MLC调强调强放疗的类型（二）动态MLC调强一般动态调强的每个射野都由上百个子野组成，滑窗开口的设置及每对叶片任何时刻都由一个程序控制。在相对的叶片之间的窗口开到最大时，使用最大的叶片速度，这样可以缩短治疗时间。需要参与射束传输的叶片数目取决于靶区的长度，靶区越长涉及的叶片就越多。治疗需要的时间比较短，剂量验证工作困难。调强放疗的类型（三）步进式断层调强利用NOMOS公司的孔雀系统(peacock)来进行的。此技术是把一个狭长的准直器（MIMiC）装到传统的机器上面，得到大约20cm宽、1-4cm长的扇形束。随着机架的旋转，扇形束能够在患者的横截面上形成一个条状的照射野。在机架旋转过程中，准直器的叶片在计算机的控制下进出，来调节每个扇形部开或关的时间，达到调强的目的。要想治疗整个靶区就要多次旋转机架，与此同时治疗床必须连续向前步进，这种步进/旋转过程持续进行，直到治疗完整个靶区。调强放疗的类型（三）步进式断层调强两组40个叶片组成，每组20片，相对排列。每个叶片高8cm，近源端宽5cm,接近患者一端6cm宽，叶片在加速器等中心处投影约为10mm。每组叶片形成的细长条矩形野在等中心处的长度的两挡，分别为10mm和20mm。每个叶片由一个微型气动活塞独立控制，两组叶片同时独立运动，形成两个细长条矩形野。也就是说，机架绕患者旋转一次，只能治疗两层切片（即2cm）MIMiCLeaves调强放疗的类型（三）步进式断层调强治疗过程示意图调强放疗的类型（三）步进式断层调强床步进的控制精度对相邻野剂量分布影响很大需专门设计一个控制床步进的配合装置，以提供0.5mm以内的可选步进治疗时间需要很长调强放疗的类型（四）弧形调强治疗（IMAT）指在照射过程中,机架角每隔5°-10°形成1个静态野,射野形状与靶区投影形状相同,将相邻方向的射野连接成弧,通过多个动态适形弧叠加实现计划所需的强度分布。一般需要3-5个弧,但在照射过程中机架的旋转速度和加速器输出剂量率保持恒定,并没有成为计划优化的参数调强放疗技术的新进展（一）容积调强治疗指综合了IMAT和MLC动态调强技术,在机架等中心旋转照射的同时,通过改变MLC射野形状、加速器输出剂量率和(或)机架旋转速度,完成在不同射野方向上束流强度的调整,实现逆向计划的优化强度分布调强放疗技术的新进展（一）容积调强治疗调强放疗技术的新进展（一）容积调强治疗与动、静态MLC调强技术比较危及器官低剂量辐射区能保持或提高靶区剂量分布减少危及器官受量受到低剂量辐射的周围正常组织体积减少每次照射时间短，效率高机器输出跳数较少调强放疗技术的新进展（二）螺旋断层调强治疗（HT）指以类似螺旋CT的方式进行扇形束旋转调强放射治疗。该系统将直线加速器安装在螺旋CT环状机架上,机头发出的扇形束随机架旋转行360°照射,这些射线经过一个MLC系统调制；在照射的同时治疗床缓慢跟进,通过治疗床的连续移动实施整个靶区的调强治疗调强放疗技术的新进展（二）螺旋断层调强治疗（HT）1)采用同源双能加速管,可进行MVCT成像,进行图像引导2)治疗源与成像源统一,避免了外加图像引导系统的非同源误差;3)一次治疗的肿瘤范围长达160cm,不需要多中心照射,无多野衔接问题;4)通过MVCT探测器接收放疗时穿过患者体内的衰减X线,实现剂量验证和自适应放射治疗。调强放疗技术的新进展（二）螺旋断层调强治疗（HT）治疗头结构调强放疗技术的新进展（二）螺旋断层调强治疗（HT）调强放疗技术的新进展（二）螺旋断层调强治疗（HT）机架旋转每周对应有51个投影角度,射野方向多靶区的适形度好,靶区内的剂量分布均匀给予靶区足够剂量的同时更好地保护了危及器官和正常组织剂量学优势解剖结构复杂的头颈部肿瘤毗邻重要器官的体部肿瘤全中枢神经系统照射全身多部位肿瘤同时放疗临床应用容积调强PK螺旋断层调强1)容积调强采用锥形束进行整体照射,解决了断层治疗相邻窄野间的衔接问题,在照射过程中,不需要移动治疗床,减少了分次治疗中的误差;2)容积调强的实现只需要能够实施动态旋转治疗的新型加速器,而且可以进行MLC动和静态调强、非共面野照射及电子线治疗等常规照射,而HT的实现需要使用专用断层治疗机和二进制开关准直器,只能进行X线共面断层照射;3)容积调强在机架旋转的过程中,邻近机架角间MLC叶片位置不能变化太大,受到MLC运动的限制,而HT采用二元开关准直器,不受MLC运动的限制;IMRT，RapidArc，HTJournalofAppliedClinicalMedicalPhysics,Vol10,No4(2009)四种模体绿色：PTV红色、蓝色、紫色：危险器官IMRTRAHTIMRT，RapidArc，HTJournalofAppliedClinicalMedicalPhysics,Vol10,No4(2009)适形指数：CITomoCIIMRT5CIIMRT9CIRA1CIRA2均匀度：HITomoHIRA2HIRA1HIIMRT9HIIMRT5危及器官平均剂量：dOARTomodOARRA2dOARRA1dOARIMRT5or9计划优化时间：tplanTomotplanRA2tplanRA1tplanIMRT9tplanIMRT5治疗时间：ttreatIMRT9ttreatIMRT5ttreatTomottreatRA2ttreatRA1“适形”至“精确”：自适应放疗时代3DCRT/IMRT：解决了静止的、刚性的靶区剂量适形问题“适形”至“精确”：自适应放疗时代3DCRT/IMRT面临的挑战肿瘤及周围正常组织在单次治疗中和各次治疗之间都可能随时间的变化而变化不确定因素单次治疗中各次治疗间解剖结构移动、变形正常生理过程：呼吸、心跳、胃肠蠕动肿瘤退缩或进展、形状改变骨性标志位置变化肠腔、膀胱等脏器充盈状态剂量分布不确定解决方法？3DCRT/IMRTCTV+Margin＝PTV代价：正常组织高剂量“适形”至“精确”：自适应放疗时代3DCRT/IMRT面临的挑战肿瘤及周围正常组织在单次治疗中和各次治疗之间都可能随时间的变化而变化不确定因素单次治疗中各次治疗间解剖结构移动、变形正常生理过程：呼吸、心跳、胃肠蠕动肿瘤退缩或进展、形状改变骨性标志位置变化肠腔、膀胱等脏器充盈状态剂量分布不确定解决方法？图像数据、剂量及其他信号作为反馈修正治疗计划自适应放疗自适应放射治疗（ART）ART将放疗整个过程从诊断、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭环系统，需要考虑诸多纠正参数，逐步调整从而实现准确的放射治疗[什么是自适应放射治疗]A.为闭环的放疗过程B.对治疗过程的各个偏差进行检测C.在治疗前对原始治疗计划根据反馈结果进行再优化D.治疗因人而异自适应放射治疗（ART）广义分类：通过反馈来调节治疗过程的技术影像引导放射治疗(IGRT)体积引导放射治疗剂量引导放射治疗(DGRT)结构引导放射治疗在分次治疗摆位时和(或)治疗中采集图像和(或)其他信号,利用这些图像和(或)信号,引导此次治疗和(或)后续分次治疗。除了要对比图像数据外，还要将治疗时肿瘤和周围正常组织实际吸收剂量与治疗计划中计算出来的剂量进行比对，以及时调整患者摆位、治疗计划再优化，必要时修正处方剂量自适应放射治疗（ART）摆位修正实时ART根据最初的数次或当前的反馈信号，修改治疗计划，并按照修改后的治疗计划实施后续分次计划•在每个分次治疗过程中，摆位后采集患者的二维或三维图像信息反馈给临床医生，通过与参考图像比较，确定摆位误差和射野位置误差，并予以校正，然后实施照射治疗•根据当前分次的反馈信号，修改治疗计划，