醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療

1、醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 醫(yī)學(xué)物理 腫瘤放射治療 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 醫(yī)學(xué)物理簡介 醫(yī)學(xué)物理學(xué) 是把物理學(xué)的原 理和方法應(yīng)用于 人類疾病的預(yù)防、 診斷、治療和保 健的一門交叉學(xué) 科。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 醫(yī)學(xué)物理 醫(yī)學(xué)物理包括放療物理、影像物理、 核醫(yī)學(xué)物理、保健物理、激光和超聲物理 等子學(xué)科。 激光治療機 直線加速器 超聲 PET-CT CT 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放射治療的武器 電子 重離子 射線（X和） 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放射治療原理 通過”感染”水分子破壞DNA鏈 間接作用 直接作用 直接擊斷DNA鏈 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放射治療目標 腫瘤腫瘤 盡可能提高腫 瘤所受劑

2、量 同時降低周圍正 常組織所受劑量 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放療技術(shù)發(fā)展里程碑1 1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線并用于人體攝像 1901年獲諾貝爾獎 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放療技術(shù)發(fā)展里程碑2 1898年居里夫人發(fā)現(xiàn)放射性元素鐳并用于腫瘤的治療 治療前治療后 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放療技術(shù)放療技術(shù)鐳鐳 鐳管、鐳針、鐳模等，用于治療皮膚癌和鐳管、鐳針、鐳模等，用于治療皮膚癌和 比較表淺的惡性腫瘤。比較表淺的惡性腫瘤。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放療技術(shù)X線治療機 2020世紀世紀3030、4040年代：年代：KVKV級級X X線治療機的出現(xiàn)線治療機的出現(xiàn) 成就了外照射技術(shù)成就了外照射技術(shù)（遠距離治療

3、）（遠距離治療）的發(fā)展。的發(fā)展。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放療技術(shù)鈷治療機 2020世紀世紀5050年代，鈷年代，鈷-60-60遠距離治療機的出現(xiàn)標遠距離治療機的出現(xiàn)標 志著兆伏級放療時代的開始志著兆伏級放療時代的開始。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 放療技術(shù)加速器 2020世紀世紀6060年代，醫(yī)用電子加速器的出現(xiàn)年代，醫(yī)用電子加速器的出現(xiàn)，拓，拓 展了放射治療技術(shù)發(fā)展的廣闊前景。展了放射治療技術(shù)發(fā)展的廣闊前景。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 基于加速器的放療基于加速器的放療常規(guī)放療常規(guī)放療 常規(guī)放療照射技術(shù)：常規(guī)放療照射技術(shù)：以以X X線模擬定位影像為線模擬定位影像為 指導(dǎo)指導(dǎo)，二維放射治療，二維放射

4、治療。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 基于加速器的放療基于加速器的放療三維適形三維適形 三維適形：在三維空間的任何方向上三維適形：在三維空間的任何方向上, , 照射野幾何投影的形狀都與腫瘤的形照射野幾何投影的形狀都與腫瘤的形 狀相一致狀相一致 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 基于加速器的放療基于加速器的放療調(diào)強放療調(diào)強放療 調(diào)強放療：利用逆向治療計劃系統(tǒng)和計算機控調(diào)強放療：利用逆向治療計劃系統(tǒng)和計算機控 制的動態(tài)準直器制的動態(tài)準直器(MLC), (MLC), 將射線束細分為數(shù)個將射線束細分為數(shù)個 ( (數(shù)十數(shù)十) )很小的子野并調(diào)節(jié)每個子野的劑量強度很小的子野并調(diào)節(jié)每個子野的劑量強度, , 雕刻出與腫瘤相匹

5、配的高度適形的劑量曲線。雕刻出與腫瘤相匹配的高度適形的劑量曲線。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 調(diào)強實現(xiàn)方式MLC 多葉準直器（MLC） 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 容積調(diào)強旋轉(zhuǎn)治療（VMAT） VMAT=IMAT +IMRT，拉 弧治療的同 時劑量率、 機架速度、 MLC等非 均勻可調(diào) 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 斷層放射治療（TOMO） 斷層放療是一種影像引導(dǎo)的調(diào)強放射治療， 是直線加速器和螺旋CT掃描機的結(jié)合。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 影像引導(dǎo)的放射治療（影像引導(dǎo)的放射治療（IGRTIGRT） 影像引導(dǎo)的放射治療影像引導(dǎo)的放射治療(IGRT)(IGRT)與與3D-CRT3D-CRT、 IMRT IMR

6、T 不是平行的概念不是平行的概念, , 而是實施和完善這而是實施和完善這 些技術(shù)的重要手段，是精確放療的更高層些技術(shù)的重要手段，是精確放療的更高層 次的發(fā)展。次的發(fā)展。 MV-EPID MV-CBCT KV-CBCT 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 IGRT在線校準 每次治療時擺位完成，采取患者每次治療時擺位完成，采取患者2D/ 3D2D/ 3D 圖像與參考圖像（模擬定位圖像或計劃圖像與參考圖像（模擬定位圖像或計劃 圖像）比較，確定誤差，實時予以校正。圖像）比較，確定誤差，實時予以校正。 Elekta Synergy Varian Trilogy 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 在線校準在線校準等中心移位技術(shù)

7、等中心移位技術(shù) (Isocenter-Shift Technique)(Isocenter-Shift Technique) 治療室內(nèi)治療室內(nèi)CT(CT-on-rails-Siemens) PRIMUS or PRIMART SOMATOM CT Sliding Gantry ZXT Table Gantry Moves During Slice Acquisition Rails Stationary Carbon Fiber Tabletop PRIMUS or PRIMART ZXT Table PRIMUS or PRIMART SOMATOM CT Sliding Gantry ZX

8、T Table PRIMUS or PRIMART SOMATOM CT Sliding Gantry ZXT Table PRIMUS or PRIMART Stationary Carbon Fiber Tabletop SOMATOM CT Sliding Gantry ZXT Table PRIMUS or PRIMART Rails Stationary Carbon Fiber Tabletop SOMATOM CT Sliding Gantry ZXT Table PRIMUS or PRIMART Gantry Moves During Slice Acquisition Ra

9、ils Stationary Carbon Fiber Tabletop SOMATOM CT Sliding Gantry ZXT Table PRIMUS or PRIMART 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 在線校準超聲引導(dǎo)擺位系統(tǒng) (BAT) 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 自適應(yīng)放療 自適應(yīng)放自適應(yīng)放 療是根據(jù)療是根據(jù) 治療過程治療過程 中的反饋中的反饋 信息，對信息，對 治療方案治療方案 作相應(yīng)調(diào)作相應(yīng)調(diào) 整的治療整的治療 技術(shù)或模技術(shù)或模 式。式。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 治療中的呼吸運動管理治療中的呼吸運動管理ABCABC Active Breathing Coordinator (ABC)

10、患者主動參與患者主動參與 并進行深吸并進行深吸- - 深呼深呼- - 再次深再次深 吸吸- - 屏氣這一屏氣這一 過程的呼吸訓(xùn)過程的呼吸訓(xùn) 練，在屏氣時練，在屏氣時 靶區(qū)暫時停止靶區(qū)暫時停止 運動，給予放運動，給予放 射治療射治療 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 治療中的呼吸運動管理治療中的呼吸運動管理RPMRPM RPM 門控系統(tǒng)，通過監(jiān)測呼吸運通過監(jiān)測呼吸運 動使得射線束的照射周期與呼動使得射線束的照射周期與呼 吸周期同步，只在呼吸某一特吸周期同步，只在呼吸某一特 定時相內(nèi)開啟射線束進行放療定時相內(nèi)開啟射線束進行放療 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 D放射治療影像 4D4D圖像：在一個呼吸圖像：在一個呼吸

11、 或其他運動周期的每或其他運動周期的每 個時相采集一套圖像，個時相采集一套圖像， 所有時相的圖像構(gòu)成所有時相的圖像構(gòu)成 一個時間序列，按不一個時間序列，按不 同時相分為多套同時相分為多套3D3D圖圖 像，從而得到圖像采像，從而得到圖像采 集部位在一個呼吸周集部位在一個呼吸周 期的完整的運動圖像。期的完整的運動圖像。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 4D放射治療計劃設(shè)計 4D4D計劃設(shè)計：根據(jù)計劃設(shè)計：根據(jù)4D4D影像數(shù)據(jù)，優(yōu)化確定一套影像數(shù)據(jù)，優(yōu)化確定一套 帶有時相標簽的射野參數(shù)帶有時相標簽的射野參數(shù)。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 4D放射治療治療實施 基本設(shè)想：治療時用基本設(shè)想：治療時用4D4D影像定位

12、所用的相同影像定位所用的相同 的呼吸監(jiān)測裝置監(jiān)測患者的呼吸，當呼吸的呼吸監(jiān)測裝置監(jiān)測患者的呼吸，當呼吸 進行到某一呼吸時相時，治療機調(diào)用該時進行到某一呼吸時相時，治療機調(diào)用該時 相的射野參數(shù)實施照射。相的射野參數(shù)實施照射。 注意：從監(jiān)測到呼吸時相變化注意：從監(jiān)測到呼吸時相變化調(diào)用新的射野調(diào)用新的射野 參數(shù)參數(shù)完成新參數(shù)的設(shè)置需要時間，也就是治完成新參數(shù)的設(shè)置需要時間，也就是治 療實施時呼吸時相的變化有響應(yīng)時間，需要有療實施時呼吸時相的變化有響應(yīng)時間，需要有 預(yù)測軟件減少響應(yīng)時間引入的誤差。預(yù)測軟件減少響應(yīng)時間引入的誤差。 目前目前4D4D影像技術(shù)較為成熟，已商品化，而影像技術(shù)較為成熟，已商品化

13、，而4D4D 計劃設(shè)計和計劃設(shè)計和4D4D治療實施技術(shù)還在研究階段。治療實施技術(shù)還在研究階段。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 實時跟蹤技術(shù) n實時跟蹤技術(shù)（實時跟蹤技術(shù)（Real-time Tumor TrackingReal-time Tumor Tracking） 隨著成像技術(shù)，多葉光柵以及機械控制技術(shù)隨著成像技術(shù)，多葉光柵以及機械控制技術(shù) 的發(fā)展，實時跟蹤腫瘤運動使射線束實時跟的發(fā)展，實時跟蹤腫瘤運動使射線束實時跟 隨目標腫瘤隨目標腫瘤, ,成為腫瘤運動補償問題的發(fā)展方成為腫瘤運動補償問題的發(fā)展方 向。向。 n最常用的直接跟蹤方法是通過最常用的直接跟蹤方法是通過X X 射線透視成射線透視成 像

14、對運動腫瘤實時成像。通常為了增加腫瘤像對運動腫瘤實時成像。通常為了增加腫瘤 與周圍軟組織的圖像對比度，與周圍軟組織的圖像對比度， 常在患者體內(nèi)常在患者體內(nèi) 植入金屬標記物。植入金屬標記物。 醫(yī)學(xué)物理-腫瘤放射治療 賽博刀系統(tǒng)中的同步呼吸跟蹤系統(tǒng)（賽博刀系統(tǒng)中的同步呼吸跟蹤系統(tǒng)（RTSRTS） 射波刀系統(tǒng)介紹 Synchrony camera 同步同步追蹤器追蹤器 Treatment couch 治療床治療床 Linear Accelerator 直線加速器直線加速器 Manipulator 機械手臂機械手臂 Image Detectors 高速照相機高速照相機 X-ray sources X X光射源光射源 Targeting System 定位系統(tǒng)定位系統(tǒng) Robotic Delivery System 機器人照射系統(tǒng)機器人照射系統(tǒng) Synchrony camera 同步同步追蹤器追蹤器 X-ray sources X X光射源光射源 醫(yī)學(xué)