調強適形放射治療

調強適形放射治療癌癥治療的三大手段腫瘤治療技術進展三大治療手段在腫瘤治療中的地位CTV亞臨床病變—病理邊界

(手術化療放療)GTV實體瘤-----影像學邊界

(手術放療)hGTV

乏氧細胞區(qū)---PET顯像

(手術放療)癌癥三大治療手段的比較手術治療優(yōu)點：解剖位置的高精度腫瘤直接暴露手術切緣以病理為標準不足之處:手術創(chuàng)傷比較大復雜解剖結構手術較難腫瘤冶療技術進展癌癥三大治療手段的比較化學治療優(yōu)點：無創(chuàng)傷藥物可以到達任何部位不需要特殊技術不足之處:藥物特異性較差易產生藥物耐受性腫瘤冶療技術進展癌癥三大治療手段的比較放療優(yōu)點：劑量和幾何位置的高精度可以治療任何部位不會產生輻射耐受性不足之處:被照射腫瘤必須可見(>1cm)正常組織和腫瘤組織的放射敏感性的差異很小(特異性很差)腫瘤冶療技術進展適形放射治療的臨床價值癌癥治療五年生存率1900s 1930s 1960s 1990s5% 15%30%45%AmericanCancerSociety:Cancerfacts&figures1995手術、放療、化療三大手段對癌癥治愈率的相對貢獻

外科手術 22% 放射治療 18% 化學治療 5%55%未根治的癌癥患者的死亡原因

原發(fā)腫瘤未控 18%遠地轉移未控 37% 合計 55%EurJCancer1992;28A:2061-2069Cancer1983;51;2401-2409腫瘤治療技術進展放射治療在腫瘤治療中的地位癌癥治療五年生存率1900s 1930s 1960s1990s(2013)5%15%30%45%(67%)AmericanCancerSociety:Cancerfacts&figures1995手術、放療、化療三大手段對癌癥治愈率的相對貢獻

外科手術 22% 放射治療 18% 化學治療 5%55%未根治的癌癥患者的死亡原因

原發(fā)腫瘤未控 18%遠地轉移未控 37% 合計 55%EurJCancer1992;28A:2061-2069Cancer1983;51;2401-2409放射治療的手段放療技術進展外照射(EBIR)： 照射距離長(>50cm)

正常組織損傷大靶區(qū)劑量均勻性好近距離照射(BIR)

照射距離短(<5cm)

正常組織損傷小

靶區(qū)劑量均勻性差

DGTV≧100%TV≧95%TV=50%~90%100%*ICRU劑量規(guī)定點(ICRUReferencePoint)100%GTV*ICRU劑量參考點(ICRUReferencePoint)100%GTV*CTVCTV0.85BD(100%)體外照射和近距離照射的異同點對策：體外：優(yōu)化布野近距離：優(yōu)化布源提高治療增益比的技術(歷史)進程ConventionalRT

常規(guī)放療

3DConformalRT適形放療

IntensityModulationRT

調強放療20世紀70年代未20世紀90年代初調強適形放射治療一、適形放療的定義二、實現(xiàn)條件三、何謂調強四、適形放射治療的臨床價值五、臨床適應癥六、調強實現(xiàn)方式七、IMRTQA(QC)適形放射治療定義適形放射治療為一種治療技術，使得：高劑量區(qū)的形狀在三維方向上與靶區(qū)（病變）的形狀一致。

劑量分布靶區(qū)適形調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義調強適形放療必須滿足兩個必要條件1.在照射方向上，照射野的形狀必須與病變（靶區(qū)）的投影形狀一致。2.射野內諸點的輸出劑量率必須按要求的方式進行調整，使得靶區(qū)病變內及表面的劑量處處相等：A射野形狀適形（BEV）B

射野內強度調節(jié)PQRS調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義適形放射治療的分類經典適形放射治療（ClassicalConformal

RadiationTherapy）調強適形放射治療（Intensity-Modulated

RadiationTherapy,IMRT）

同時滿足兩個必要條件

只滿足第一個必要條件調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義經典適形和調強適形的比較

經典適形調強適形調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義常規(guī)放射治療與經典適形調強適形放療(使用不同的目標函數(shù))經典適形與調強適形治療技術劑量分布的比較調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義對穿野照射旋轉照射四野照射經典適形照射

三野照射最小靶平均照射器官最大劑量器官最小照射調強定義調強:

將直線加速器或鈷-60治療機的均勻劑量(率)

輸出的射野變?yōu)椴痪鶆騽┝?率)輸出的射野的過程。

調強裝置(器或方法):實現(xiàn)調強過程的裝置。調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義NoIntensityModulationIntensityModulationSameShapeWhatisIntensityModulation?Intentionallynon-uniformfluencedistributionDefinespatientresult,notmethodofdeliveryIMRTis3-DTxdeliveryofa3-DTxplanbythemodulationofintensityacrosseachbeamincomplexways.Methods:compensators,wedges,dynamic,static,cineIntensityModulationoftheBeam3DCRTNOIMRTIntheinterioroftheshapedfieldthedosesarehomogeneous3DIMRTIntheinterioroftheshapedfieldthedosesareheterogeneousIMRT:sculptthedoses(isodoses)tothetumor,avoidingthenormaltissues.

Conformal:cannotavoidsomelevelofdosestothenormaltissuesConformalVersusIMRT為什么要開展IMRT？放療中約有30%的病例是凹形靶區(qū)，只有用調強方法才能得到這種形狀的高劑量分布，而周圍正常組織劑量很小。能夠作調強治療的設備已商業(yè)化。照射可實現(xiàn)數(shù)字化。用于IMRT的射野注量(強度)分布的逆向設計算法已經成熟。CT/MRI/SPECT/PET等影像設備,可以更加精確地確定靶區(qū)和周圍正常組織、器官的幾何結構IGRT、DGRT技術的出現(xiàn)。調強適形放射治療適形放射治療的臨床價值癌癥治療五年生存率1990s 1930 1960s 1990s5% 15%30%45%AmericanCancerSociety:Cancerfacts&figures1995手術、放療、化療三大手段對癌癥治愈率的相對貢獻

外科手術 22%

放射治療 18%

化學治療 5%55%未根治的癌癥患者的死亡原因

原發(fā)腫瘤未控 18%

遠地轉移未控 37%

合計 55%EurJCancer1992;28A:2061-2069Cancer1983;51;2401-2409調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義IMRT

提高癌癥患者生存率的假設提高腫瘤局部控制劑量或減低周圍重要器官劑量提高腫瘤局部控制率或減少腫瘤遠地轉移率提高癌癥患者生存率或改善癌癥患者愈后生存質量調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義腫瘤局部控制的最低劑量

（Fletcher:BJR46;1973）亞臨床病變微小病變腫瘤病變調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義3D適形照射和雙側等中心旋轉標準照射治療

前列腺癌的有關劑量學參數(shù)的比較

對比參數(shù)3DCRT SRT

觀察例數(shù) 8787

靶區(qū)劑量高于靶處方劑量的體積（%）92.9±13.992.9±10.8ICRU劑量（靶處方劑量）(Gy) 69.1±2.669.2±2.6

腫瘤最低劑量(Gy) 66.3±5.363.5±8.6

腫瘤平均劑量(Gy) 69.8±2.669.7±2.8

腫瘤最高劑量(Gy) 71.7±2.471.3±2.8

危及器官劑量高于或等于65Gy的直腸體積(%)33.7±15.062.7±21.0

劑量高于或等于70Gy的直腸體積(%) 8.5±11.828.8±28.9

劑量高于或等于65Gy的膀胱體積(%) 22.3±12.550.5±22.8

劑量高于或等于70Gy的膀胱體積(%) 6.3±8.419.4±24.4

調強適形放射治療調強適形放射治療的目的及定義調強適形放射治療

腫瘤局部控制失敗占主要的癌瘤因腫瘤局部控制失敗導致遠地轉移的癌瘤解剖結構復雜、形狀比較復雜，特別是凹形靶區(qū);或多靶點的腫瘤的治療常規(guī)放療療效很好，希望進一步減少放射并發(fā)癥和改進患者療后的生存質量臨床適應癥調強適形放射治療的目的及定義Percent≥Grade2GIToxicity

01224364860728496

Months5101520p<0.00181GyIMRT(171)81GyConventional3D-CRT(61)ProstateIMRT

SomeearlyMSKCCresults(CCLing)問題：凸形靶區(qū)(70%)IMRT原理問題：凹形靶區(qū)(30%)IMRT原理IMRT原理IMRT(IMPT)ProtonIMRTPhotonIMRTParotidSparingH&N:3DCRTvs.9BeamIMRT

(Dose-VolumeCriteria)CordTumorNodesParotidsBrainstem3DCRTIMRT調強適形放射治療實現(xiàn)調強方式逆向設計與射野強度分布劑量計算筆形束與逆向設計調強治療實現(xiàn)方式分類調強適形放射治療調強實現(xiàn)方法逆向設計與射野強度分布調強適形放射治療

ForwardCalculation正向計算InverseCalculation逆向計算PositionIntensity調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療劑量計算

ForwardCalculation正向計算InverseCalculation逆向計算物理目標函數(shù)生物目標函數(shù)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療PositionIntensity筆形束與逆向設計調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:物理補償器Intensity強度分布Position調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療(a)(b)子野1Surbeam1子野2Surbeam2子野3Surbeam3子野4Surbeam4子野5Surbeam5子野6Surbeam6調強方式:MLC靜態(tài)調強I(x)X調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強方式:MLC靜態(tài)調強調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療CreatesMLCShapesMinimizestreatmenttimeDesignedforSiemensMLCOptimizesOutputFluenceTongueandGrooveCorrectionIMFAST調強適形放射治療子野優(yōu)化調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:動態(tài)MLC調強(DynamicMLC)Intensity強度分布Position調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強方式:動態(tài)MLC調強(DynamicMLC)調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:動態(tài)旋轉(IMAT)Intensity強度分布PositionGA1GA2GA4GA5GA3GA6調強治療實現(xiàn)方法分類CreatesMLCStaticfieldsMinimizestreatmenttimeOptimizesOutputFluenceTongueandGrooveCorrection調強適形放射治療StaticFieldOptimization(GAn)GAnBeam15,16,17Beam5,6,7,8Beam1,2,3,4Beam9,10,11Beams12,13,14IMATMultiArc放療技術進展Beam15,16,17Beam9,10,11Beams12,13,14VMAT(RapidARC)isanintegrationofmulti-comformalbeamsandgantryrotationIMATtoVMAT(RapidARC)調強適形放射治療容積旋轉調強放療

(VMAT)通過旋轉機架角度形成一個或多個弧進行連續(xù)照射:*MLC子野形狀*注量-輸出率(“劑量率"),*機架旋轉速度*改變MLC方向---CedricYu-1995ArtBoyer-2001VMAT-ElektaRapidArc-VarianCBT-Siemense旋轉時MLC形成的未調強的射野把發(fā)散的未調強射野的射線重新分類為平行束射線所產生的調強野容積旋轉調強基本原理ARC1ARC2VMATorRapidARCisan

integrationofgantryrotationandmulti-comformalbeamswithchangebaleweightingsVMATorRapidARCis

an

integrationofgantryrotationandmulti-comformalbeamswithchangebaleweightingsDynamicallychanging

射野參數(shù)同時調整GantryAngleGantrySpeedMLCLeave’sPositionCollimatorAngleIndependentJaws

DoseRateMulti-ArcsShortdeliveryTime

實現(xiàn)快速治療(2-3分鐘)ElektaInfinityVMAT(VolumetricModulatedArcTherapy)is

an

integrationofgantryrotationandmulti-comformalbeamswithchangebaleweightingsDynamicallychanging

射野參數(shù)同時調整GantryAngleGantrySpeedMLCLeave’sPositionCollimatorAngleIndependentJaws

DoseRateMulti-ArcsShortdeliveryTime

實現(xiàn)快速治療(2-3分鐘)NewApproachesforIMATDelivery

旋轉調強(IMAT)技術新進展Simultaneousdynamiccontrol,duringradiationtreatment,of:照射中同時調整下列參數(shù)：

VMAT(Elekta方式)RapidArc(Varian方式)

MLCLeavesMLC葉片位置YESYES

CollimatorJaws

獨立準直器位置YESYES

Gantry

機架旋轉YESYES

CollimatorRotation

準直器旋轉YESNO

Doserate

劑量率YESYES

Multiplearcs

多弧旋轉YES單弧

Treatmenttimes

照射時間2-3分鐘1-2分鐘調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:MLC(斷層)調強強度分布PositionIntensity步進式螺旋式調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:MLC(斷層)調強強度分布PositionIntensity步進式螺旋式調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:電磁掃描調強強度分布PositionIntensity調強治療實現(xiàn)方法分類Helical(Spiral)TomotherapyHelicalFanBeamRingGantryLinacCTDetectorCTCouchX-RayFanBeamBinaryMLCLeavesBinaryMultileafCollimatorHelicalScanningLaneRosen,MDWillisKnightonCancerCenter調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:NOMOS棋盤準直器強度分布PositionIntensity調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:其它調強方式強度分布PositionIntensity獨立準直器移動條調強調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強適形放射治療調強適形放射治療調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療調強方式:其它調強方式強度分布PositionIntensity獨立準直器移動條調強調強治療實現(xiàn)方法分類調強適形放射治療調強適形放射治療調強治療實現(xiàn)方式的分類Thewaystocreateintensity-modulatedbeams(IMBS)調強實現(xiàn)方法調強適形放射治療(IMRT)三維治療計劃系統(tǒng)HelaxTMS網絡服務器LANTISCT模擬(Plus4)CT/MRI/PET/DSA治療模擬機3D激光燈射野影像系統(tǒng)（EPID）治療驗證系統(tǒng)活體劑量測量系統(tǒng)調強放射治療(IMRT)機調強適形放射治療計算機控制的適形放療調強適形放射治療IMRTQA(QC)計劃設計與執(zhí)行過程計劃執(zhí)行過程中QA(QC)

IMRTasaDeliveryProcessDGRTistocontrolthepositionofdosedistributionMLC-integrateddesign,control,leafpositionaccuracy

Linacperformance-Stability,dose/MUforsmallMUfieldsspeed,numberofsteps/subfieldsPrescriptionhandling-speed,connectivity

Dosemodeling-small&dynamicMLCfieldsPatientimmobilization,set-upaccuracyDoseverificationPatientpositionverificationVerificationofMLCdelivery腫瘤定位、計劃設計、模擬及驗證一般過程患者選擇體位確定體位固定CT模擬模擬機定位(3D定位)(2D定位)計劃認可計劃評估計劃設計(2D,3D)劑量驗證治療前模擬照射照射中驗證體模中擺位標記患者(X片,CT片)虛擬患者(假體)(DRR片)患者(X片,EDIP片)參考標記調強適形放射治療腫瘤定位、計劃設計、模擬及驗證一般過程患者選擇體位確定體位固定CT模擬模擬機定位(3D定位)(2D定位)計劃認可計劃評估計劃設計(2D,3D)劑量驗證治療前模擬照射照射中驗證體模中擺位標記

患者(X片,CT片)

虛擬患者(假體)(DRR片)

患者(X片,EDIP片)參考標記調強適形放射治療腫瘤定位、計劃設計、模擬及驗證一般過程患者選擇體位確定體位固定CT模擬模擬機定位(3D定位)(2D定位)計劃認可計劃評估計劃設計(2D,3D)劑量驗證治療前模擬照射照射中驗證體模中擺位標記

患者(X片,CT片)虛擬患者(假體)(DRR片)患者(X片,EDIP片)參考標記調強適形放射治療調強適形放射治療患者選擇體位確定體位固定CT模擬模擬機定位(3D定位)(2D定位)計劃認可計劃評估計劃設計(2D