10第12章调强放射治疗技术

第十二章三维适形放射治疗及调强放射治疗3DCRT简介普放调强IMRT概念1.适型放射治疗(CRT,ConformalRadiationTherapy)：使肿瘤靶区的高剂量分布形状在三维方向上与病变的形状一致,满足此条件称为经典适形治疗。2.调强放射治疗(IMRT,IntensityModulatedRadiationTherapy）：首先要满足适形，另外要满足靶区内及靶区表面的剂量处处相等，要求每个射野内诸点的输出剂量能按要求的方式进行调整。IMRT基本概念1.最小射线束单元，用于强度分布优化或计算剂量时分解调强射线束，是分割出的最小单位2.剂量限制的确定：将临床要求用各个体积的剂量要求表达出来；设定各剂量限制条件的权重或优先度即优化时各个条件的重要程度3.目标函数：从大量解中搜寻最优解的过程4.最小化的求解5.照射野角度的确定X线或CT成像原理IMRT原理⑴调强原理：利用X射线横向CT成像的逆原理，得到类似CT横断层影像的适形分布，是常规计划的逆过程，称逆向计划设计。主要根据预期的治疗结果来确定治疗方案，按设计好的强度分布在治疗机上采用调强⑵实现方式：1.逐层旋转治疗：步进式逐层治疗和螺旋断层治疗2.固定机架角度多野治疗：分步治疗多叶光栅（静态调强）、移动滑窗式多叶光栅（动态调强）等动态调强MLC叶片运动方式图IMRT中slidingwindow技术Slidingwindow是滑窗技术，是在射线不断的情况下通过调整叶片运动速度和剂量率来实现调强。叶片运动完成经过验证后才出光，所以它的剂量是连续的，它要求叶片位置的精度和速度。滑窗技术以瓦里安为代表，特点是调强实现速度快。多叶准直器动态调强实现方式：在照射野范围内，多叶光栅每对叶片总是向同一方向运动，左右叶片运动速度各不相同，通过控制两个叶片（引导片和跟随片）的相对位置和停留时间及控制运动速度和改变加速器笔形束输出强度来实现强度的调节。每对叶片有一缝隙，各个缝隙照射量叠加形成调强照射野。优点：照射时间短（叶片位置的外部验证少），射野数目少，射线利用率较高。缺点；由于叶片连续运动，叶片位置验证十分困难，需要更高的叶片位置和叶片运动速度的控制精度。叶片连续运动产生的强度曲线图多叶准直器静态调强将计划要求的强度分布进行分级，然后将每一射野分解成一系列子野依次照射，照射完毕后，叶片回位到原来的位置，再照射下一个子野。从而实现计划要求的强度分布。优点：易与对计划进行验证。缺点：耗时较多(每个子野位置都要验证），子野数目相当多，射线利用率低，叶片间射线漏射量也会增加。IMRT中Stepandshot技术Stepandshot是静态子野技术，每个子野间是不出光的，它的剂量是一格一格的，它要求叶片位置的精度和加速器的小跳数性能。它需要加速管的栅控技术，否则快速开关将使射线束剂量不稳定。静态子野技术以西门子为代表。治疗质量易保证，但效率较低。两种技术对机器的要求都很高，需要做大量的QA和QC动态调强：应注意叶片间和叶片弧形端面的穿透射线，叶片间的漏射，辐射头的散射，每对叶片间的正常最小缝隙的效应，采用预定的剂量率。静态调强：应注意叶片的位置精度，叶片的射线穿透性，叶片间的漏射线，叶片端面半影，小跳数时剂量率的稳定性，射野的均整性、对称性等。IMRT核心技术SIB-IMRT技术（SimultaneousIntegratedBoost,同步整合推量加速照射技术）在同一个计划中能够把所有靶区包括锁骨上区涵盖在同一照射野中，同时实现大野照射及小野的追加剂量照射，即原发灶区给予高剂量照射的同时亚临床灶或选择性治疗区予以较低剂量的照射。所以同一进程中不同靶区的分次剂量是不同的，必须采用新的分割策略。优点：整个治疗过程仅用一个治疗计划。简单，效率高，不易出错，适形度好，剂量分布满意，具有物理和生物优化的优点。SMART-IMRT技术:(SimultaneousAcceleratedRadiationTherapyBoost,同步分段加速照射技术）：前程IMRT鼻咽和下颈分开照射；或常规技术大野照射后，后程IMRT小野补量。缺点：全程采用两个放射治疗计划，无法避免放射野的衔接问题。无法体现出IMRT保护正常器官的优势。IMRT基本概念1.最小射线束单元，用于强度分布优化或计算剂量时分解调强射线束，是分割出的最小单位2.剂量限制的确定：将临床要求用各个体积的剂量要求表达出来；设定各剂量限制条件的权重或优先度即优化时各个条件的重要程度3.目标函数：从大量解中搜寻最优解的过程4.最小化的求解5.照射野角度的确定IMRT时间剂量分割策略单次照射剂量与时间剂量分割为：GTV70(2.18Gy/28f+2.24GY/4f=44d)CTV60(2.15Gy/28f/38d)CTV50.4(1.80Gy/28f/38d)。这样所有的靶区均在32次44天内完成治疗。如果按Alpha/Beta比值来计算BED（生物效应剂量），则PTV70的BED值相当于常规放疗2Gy照射时的75Gy(2.0Gy/37.5f/50d)，IMRT治疗的放射生物学优势显而易见。IMRT的优势1.靶区剂量分布适形度好：优化配置射野内各线束的权重，使高剂量区分布的形状在三维方向上与靶区的实际形状一致。剂量分布更均匀。2.靶区周围的正常组织受高剂量辐射的体积显著减少，从而可以较大幅度的增加肿瘤剂量和减少正常组织的受量。提高肿瘤控制率（TCP）和降低正常组织并发症的发生率（NTCP）。3.潜在的治疗效率高，除计算机控制的多叶光栅（MLC）外，无需其他的射野形状修饰装置。4.多剂量水平同步照射：可在一个计划里同时实现大野照射及小野的追加剂量照射，在每次照射中不同靶区可以获得相应所需要的剂量而正常组织受照的剂量较低，有重要的放射生物学意义。优点：精确定位，精确计划，精确照射。高精度、高剂量、高疗效、低损伤。结果有四最特点：靶区的剂量最大，周围正常组织受量最小，靶区的定位和照射最准，靶区内剂量分布最均匀。IMRT的不确定因素1.靶区的定义和勾画差异大；使得GTV剂量分布不确定和靶区判断失误，导致复发率增加2.内脏器管在治疗与影像检查时位置的不一致及内脏器官的运动（瞬间动态扫描来确定一段时间的治疗计划）；治疗中的摆位误差和各机器的系统误差4.计划及实施治疗时间相对较长，实际剂量率降低；叶片间漏射线剂量较大5.多野照射区范围过大，低剂量超敏的致癌问题，也是放射线的随机效应问题IMRT的实施步骤患者的选择：1.发生在敏感组织的肿瘤如脑瘤，脑膜瘤，听神经瘤等；２．解剖位置复杂且治疗计划复杂的病变。如头颈肿瘤，鼻咽Ca等３.发生在敏感组织周围的肿瘤如中心型肺Ca，食管上段Ca，前列腺Ca等；头颈肿瘤最适合做IMRT具备精确放疗的基本条件：大部分头颈部肿瘤对放疗较敏感具备精确放疗的可行性：头颈部器官移动小，易固定具备精确放疗的必要性：要害器官多切密集靶区极度不规则，GTV与CTV的形状不一致性较明显，且变化大常规照射技术的高剂量区很难与靶区适形局部控制率与剂量成明显的相关性正常组织的剂量限制成为提高肿瘤剂量的主要因素患者生存期长，对生存质量要求高头颈部肿瘤的特点由于美容及器官功能的原因，约75%~80%头颈部肿瘤需要放疗头颈部承担多种重要的生理功能：说，听，视觉，味觉，嗅觉，进食，呼吸，美容等鳞Ca居多，对放疗中度敏感或较敏感易出现淋巴结转移远处转移率相对较低，局部肿瘤控制即有获得长期生存的可能由于其解剖特点，靶区极度不规则，常规照射技术的高剂量区很难与靶区适形且正常组织受量高头颈部肿瘤IMRT需要做的工作诊断——确诊（病理类型，分期，肿瘤侵犯范围）治疗前的准备：患者的准备；医生的准备；评价患者综合情况确定靶区范围（GTV1，GTV2，CTV1，CTV2）了解本科的系统误差和摆位误差的范围和平均值定义危及器官及限定剂量体积PTV的设计计划的评估（定量DVH评估，靶区及危及器官的品质评估）CT模拟定位技术①体模选择：头颈、上胸段用热塑体模固定。激光标志线尽量用纸胶布贴牢，防止滑脱。胸、腹盆腔用真空体模或热塑体模。②体位：所有病人均为仰卧位。如头颈及胸上段肿瘤则将手平放两侧，而胸下段、腹盆腔肿瘤则手抱头。③扫描层厚及范围：在含有靶区的区域最好3mm，靶区上下层可以为5-6mm。建议用螺旋扫描，速度快。基本要求：轮廓必须完整。射野范围上下外放10cm以上，这样可以方便设计非共面野。④增强与否：病人如有最新诊断片，包括CT、MRI可参照，就可不增强。胸腹部增强注射时会改变体位，要注意。⑤激光线中心尽可能定在靶区中心。如有条件可先进行模拟机定位，选择同中心点，避免多次移动中心而出现误差。靶区的确定①GTV70是总的肉眼或其它影象检查可见的原发肿瘤和转移的淋巴结区，外放3-5mm作为PTV70；CTV60是高危淋巴结区，它的体积应在三维方向上完全包绕GTV及亚临床病灶，并至少外放5mm的边界作为PTV60，即使紧靠脑干也不应小于1mm。CTV50.4是低危淋巴结区或淋巴引流区，基本上就是颈部淋巴结预防性照射的区域。PTV一是作为摆位及呼吸运动可变性的补偿，二是用所外放的5mm来考虑半影计算时的影响。二是避免靶区漏照要严格控制靶区边缘。敏感组织的确定②勾画正常器官，不要画得太小，通常情况下也要在正常组织周围外放一个散射半影，以正常组织得到很好的保护，尤其是脊髓４0一般要大于1.5cm直径、脑干５４应比它原来的结构外放1mm。按规程要求，正常器官要画14个包括喉45及垂体35（内耳/中耳50，颞颌关节75，部分舌65，下颌骨75，颞叶65，）限定射野边界大小的问题为了避免靶区在X轴方向的宽度超出多叶光栏在动态照射时的最大叶片移动范围14cm，必须限定射野边界，再增加一个角度相同而部位不同的野．而纵轴Y方向上的Y1和Y2各不能超出20cm,否则MLC叶片运动受限，治疗无法进行。这些系统原因引起的问题，只有在应用中才会发现并解决。床的长度系统默认１４７cm,照下腹时要注意如前列腺和直肠治疗时，中心尽可能往头端，且长度也会超出系统限定的长度147cm，治疗无法进行。还要注意后野的投影是否会落在横杆上，。优化射野方向和确定射野数量IMRT并不能很好的解决器官与靶区缠绕时的剂量分布问题。无论怎样限量，仅散射线就足以超过该器官（如晶体）的最高限量了。对头颈部肿瘤，为了有效地避开晶体、眼球和脑干等重要器官，进行非共面设计非常有效，转动机架，光栏，床的方向。非共面照射图1非共面照射图2设定剂量体积的制约关系问题对于靶体积用两种剂量体积标准限制靶区冷热点的出现。优先度的设定应根据GTV和CTV的不同体积要求以及为达到目标剂量的重要程度确定。对于串型器官脊髓的设计用1%的体积小于40Gy，优先度高于其他组织，其余优先度按脑干，晶体，腮腺等依次递减，但不能过度降低脊髓脑干的目标剂量，否则腮腺难以达到目标。位置验证问题通过日常的重复验证，头颈部肿瘤的位置验证的符合率最好，胸腹部肿瘤由于CT和模拟机采集的是呼吸瞬间的定位情况，误差大一些，在5mm-1．５cm左右。在用模拟机和电子射野影象系统(EPID)射野验证时，通过调整窗宽窗位看结构，头颈部看得较清楚，胸腹部基本能看清轮廓和骨影。通过图象叠加（Blend和Split）即拍摄的图象和DRR重建的图象进行同中心调整，比对就可看出误差，如有误差，可实时纠正,也可在下次治疗前纠正。首次治疗的摆位问题首次治疗要到治疗机摆位，由于Varian23EX加速器采用整体碳素纤维床面，可移动的横杆和后斜野塑料窗格板，治疗无须移动病人，但对一些非共面野要严格检查，如果射野的投影落在横杆上，还是要将横杆推至中间，并在治疗单上注明，避免一些不必要的剂量误差。剂量验证问题和MLC叶片的定位精度问题当一个患者的IMRT计划完成后，为了确认计划的可实施性和剂量准确度，将该计划通量图中MU移至验证计划并输出计划至加速器，射