立体定向放射治疗的物理学基础_张红志
医用直线加速器的辐射危害与防护
医用直线加速器的辐射危害与防护岱钦;高关心;夏慧琳;夏婷;李彬和;边嵩鉴;蒋京航;梁韵婕【摘要】通过分析医用直线加速器临床使用过程中可能产生的辐射危害,重点讨论X射线辐射危害、中子辐射危害及感生放射性危害3种常见辐射危害;对照泄露辐射、剂量精度以及光射野一致性等内容相对应的安全标准,基于规范放射治疗流程和实施放射治疗质量控制,实现精准治疗,阐述医用直线加速器日常使用的人员安全防护、直线加速器安全防护和建立放射治疗质量控制制度等措施.【期刊名称】《中国医学装备》【年(卷),期】2019(016)004【总页数】4页(P157-160)【关键词】医用直线加速器;辐射危害;安全标准;防护【作者】岱钦;高关心;夏慧琳;夏婷;李彬和;边嵩鉴;蒋京航;梁韵婕【作者单位】内蒙古医科大学研究生院内蒙古呼和浩特 010000;内蒙古自治区人民医院内蒙古呼和浩特 010000;内蒙自治区人民医院医学工程科内蒙古呼和浩特 010000;内蒙自治区人民医院医学工程科内蒙古呼和浩特 010000;内蒙古医科大学计算机信息学院内蒙古呼和浩特 010000;内蒙古医科大学计算机信息学院内蒙古呼和浩特 010000;内蒙古医科大学计算机信息学院内蒙古呼和浩特 010000;内蒙古医科大学计算机信息学院内蒙古呼和浩特 010000【正文语种】中文【中图分类】R197.39当前，放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突显，已成为继手术治疗和化学治疗后又一种治疗肿瘤手段。
1951年瑞典神经外科专家Lars Leksell第一次提出立体定向放射治疗概念，1967年第一台伽马刀问世并投入临床应用。
进入21世纪，随着计算机技术及X射线计算机断层成像(X-ray computed tomography,CT)影像技术的发展，放射治疗发展迅速。
立体定向放射治疗是通过对病变进行准确定位，使用高能射线给以多个非共面小照射野三维集束照射靶区，杀死癌变组织细胞的治疗手段[1]。
高剂量高精度放射治疗
高剂量高精度放射治疗
张红志
【期刊名称】《中国肿瘤》
【年(卷),期】1999(8)4
【总页数】3页(P164-166)
【关键词】放射治疗;肿瘤;高剂量;高精度
【作者】张红志
【作者单位】中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院
【正文语种】中文
【中图分类】R730.55
【相关文献】
1.以色列研制出能远距检测多人体温的仪器/美发明杀灭SARS病毒装置/法研制出高精度放射治疗剂量计/意大利开发出医用电子鼻/IBM推出新型服务器/新型硬盘汽车导航仪 [J],
2.简单调强高剂量或常规剂量放射治疗伴淋巴结转移的食管癌疗效分析 [J], 朱卫国;周轲;陶光州;于长华;韩济华;李涛;陈小飞
3.高剂量率的低剂量全身放射治疗家兔急性毒性反应实验研究 [J], 姜锋;朱慧能;杨世峰;马胜林
4.法国研制出高精度放射治疗剂量计 [J],
5.法研制出高精度放射治疗剂量计 [J], 无
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张红志-2013ASTRO医学物理概况
2013’ESTRO
治疗前列腺内GTV，而非整个前列腺
6个患者，MRI引导活检，植入标记，行CT/MRI扫描，变形配准。GTV根 据T2像和ADC定义，VMAT计划。GTV剂量95Gy/38F;76Gy为前列腺剂 量。PTV D99达到95%处方剂量；0.5cc直肠和膀胱剂量小于90Gy.
MRI 头颈部调强治疗计划 3位3-4期鼻咽癌患者行CT/MRI扫描，根据CT确定组织密度，并输入MRI图像： 1 MRw—所有组织水等效密度； 2 MRw+B—骨密度1.53g/cc，其余水等效； 3 MRw+B+A—空气0g/cc,其余同2 与CT计划比较，靶区PTV V100,MRI计划分别高于16.5+/-8.4%,1.5+/0.8%,2.2+/-1.0%。最大剂量分别高2.2+/-0.7,0.3+/-0.7,0.8+/-0.5。剂量分 布 MRw+B+A最接近CT计划， MRw+B+A和 MRw+B的DVH，与CT计划，临床差异最小
b
Frank Rath
Frank Rath
QA新观念
现在推荐实施的QA测试（～1994年），对于 现代放射治疗中使用的许多设备和软件系统 是有效的，尽管一些技术，QA指南并不完全 或已过时 现行的QA一些方法似乎不太适合基于影像计 划设计，图像引导放射治疗，及计算机控制 放射治疗等先进技术
内容
核磁技术在放射治疗的应用 放射治疗的剂量效应 放射治疗患者安全
肺癌SBRT治疗后，预测胸壁和肺外软组织毒性的剂量分析
38例患者SBRT治疗（48-60Gy/4-5F）后，随访最少1.5年。数据显示肺 和胸壁交界外1cm体积20Gy剂量，与大于2级的毒性反应相关。需要大宗 临床数据证实。
2003年X（γ）刀技师考题
2003年X（γ）刀技师考题姓名成绩2003年X(γ)刀技师考题最佳选择题：题干为一短句，每题有A、B、C、D、E五个备选答案，请从中选择一个最佳答案。
（共150题，每题1分）1．锎-252放射源可产生何种辐射：( )A、光子B、质子C、中子D、电子E、π介子2．近距离治疗正确的同中心投影重建法是：( )A、1张胶片，对称机架角，2次曝光B、2张胶片，对称机架角，2次曝光C、1张胶片，非对称机架角，1次曝光D、1张胶片，非对称机架角，2次曝光E、2张胶片，对称机架角，1次曝光3.伽玛刀系统由哪几部分组成: ( )A、立体定向头架、定位框架及定位适配器(定位系统)B、放射治疗计划系统C、伽玛刀主体结构（准直器、放射源球体和治疗床）和操作控制系统D、A．B．C．三项组成E、放射源球体、内准直器、治疗床、外准直器及操作控制系统4.头部X（γ）刀的治疗步骤是: ( )A、安装立体定向头架B、计算病灶的三维坐标，设计剂量计划，计算出每个等中心点的坐标C、按照计算的等中心点的坐标，将病人固定在X刀、伽玛刀治疗床，实施治疗D、除了上述A、B、C，还缺少重要一步，即：配带定位盒，进行ＣＴ、ＭＲＩ定位扫描或脑血管造影定位E、(1)安装立体定向头架;(2)ＣＴ、ＭＲＩ或脑血管造影定位; (3)在剂量计划系统中设计治疗计划;(4)按照计算的三维坐标，将病人固定在治疗床上实施伽玛刀治疗;(5)治疗完毕拆卸头架5.伽玛刀主体结构的准直器有几种: ( )A、4种，按照准直器的直径分为4mm/8mm/14mm/18mmB、4种，按照射野50％等剂量曲线的直径分为4mm,8mm,14mm,18mmC、有2种，内准直器和外准直器D、A和C正确E、有2种准直器系统，放射源球体内的准直器为内准直器，球体之外还配备4种型号的准直器，如同B所述6.剂量计算中，有关矩阵(grid size)的描述不正确的是: ( )A、当病灶小时，使用过大的矩阵会使实际照射剂量增加B、矩阵的大小与放射剂量计算无关C、大病灶时用大矩阵，小病灶时用小矩阵D、矩阵是31×31×31的栅格组成的正方体E、grid大小是指两栅格之间的距离，以毫米为单位7.设计治疗计划时，导致治疗后不良反应因素的有：( )A、照射剂量大B、使用大直径准直器C、等中心点多D、治疗病灶的体积大E、以上均有关8.X（γ）刀治疗AVM后常出现的并发症是: ( )B、放射性脑水肿C、失语D、放射性脑坏死E、出血9.有关AVM的叙述,下列哪些正确: ( )A、AVM伽玛刀治疗后到闭合之前，再发出血的机会明显减少B、AVM病人伴有癫痫者，伽玛刀术后，癫痫发作随AVM的消失而停止C、脑血管造影是诊断AVM的唯一可靠手段D、当AVM巨大时，可引起周围脑组织缺血E、AVM是蛛网膜下腔出血的主要原因10.室管膜瘤的描述不正确的是：( )A、侧脑室内室管膜瘤生长缓慢，当肿瘤生长较大时会出现颅内压增高症状B、位于四脑室的室管膜瘤，常早期出现颅内压增高症状。
《放射治疗物理学》讲义教案放射治疗物理学目录.doc
放射治疗物理学目录第一章放射治疗物理基础第一节原子和原子核性质一、一些基本概念二、原子核的大小和质量三、原子核结合能四、原子核的自旋与磁矩五、原子核和核外电子的能级第二节射线与物质的相互作用一、基木粒子的种类和物理特性二、核的稳定性和衰变类型三、放射性度量和放射性核素衰减规律四、常见类型射线与物质的相互作用及定量表达第二章临床放射生物学概论第一节电离辐射对生物体的作用一、辐射生物效应的时间标尺二、电离辐射的直接作用和间接作用第二节电离辐射的细胞效应一、辐射诱导的DNA损伤及修复二、细胞死亡的概念三、细胞存活曲线四、细胞周期时相与放射敏感性五、氧效应及乏氧细胞的再氧合六、再群体化笫三节电离辐射对肿瘤组织的作用一、肿瘤的增殖动力学二、在体实验肿瘤的放射生物学研究中得到的一些结论第四节正常组织及器官的放射效应一、正常组织的结构组分二、早期和晚期放射反应的发生机制三、正常组织的体积效应第五节肿瘤放射治疗的基本原则一、照射范围应包括肿瘤二、要达到基本消灭肿瘤的目的三、保护邻近正常组织和器官四、保护全身情况及精神状态良好第六节提高肿瘤放射敏感性的措施一、放射源的选择二、利用时间-剂量-分割关系三、使肿瘤细胞再分布四、利用氧效应第七节肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型一、“生物剂量”的概念二、放射治疗屮生物剂量等效换算的数学模型三、外推反应剂量（ERD）概念第三章常用放射治疗设备第一节X线治疗机一、X线的发生二、X线机的一般结构三、X线质的改进四、X射线治疗机的改进第二节医用加速器一、概述二、医用电子直线加速器的加速原理三、医用电子直线加速器的结构四、质子放疗系统第三节远距离^Co治疗机一、叫20源的产生与衰变二、远距离治疗机的一般结构三、60Co治疗机种类四、60Co治疗机的半影种类五、垂直照射相邻照射野的设计六、60c°v射线的优缺点七、6°C0源更换八、Y刀第四节远距离控制的近距离治疗机一、H DR后装治疗设备的组成二、现代后装机具有的优点第五节理想放射源条件一、理想的剂量分布二、能杀灭乏氧细胞三、能杀灭非增殖期细胞（Go期）第六节模拟定位设备一、模拟定位机二、C T模拟定位机三、磁共振模拟机四、P ET-CT模拟机第七节体位固定装置一、一般的头颈部支持系统二、乳腺体位辅助托架三、热塑面网（罩）和体罩四、真空成形固定袋（真空袋）第八节放射治疗局域网络一、局域网络的配置二、放射治疗科网络的信息交换三、L ANTIS系统四、科室网络的安全维护第四章辐射剂量学的基本概念第一节辐射剂量学基本定义一、照射量二、比释动能三、吸收剂量四、有关辐射场的几个基本定义第二节各辐射量Z间的关系一、高能光子在介质中的能量转移和吸收二、电子平衡三、照射量和比释动能的关系四、比释动能和吸收剂量的关系五、吸收剂量和照射量的关系第三节空腔理论一、阻止本领二、阻止本领和吸收剂量的关系三、Bragg-Gray空腔理论四、Spencer-Attix 理论五、空腔理论住电离室剂量测量中的应用第五章射线的测量第一节电离室一、电离室基本原理二、指形电离室三、电离室的工作特性以、特殊电离室五、电离室测量吸收剂量的原理第二节热释光剂量计一、原理二、热释光剂量讣的种类三、热释光剂量计使用四、热释光剂量计的刻度第三节胶片剂量计一、原理二、应用第四节半导体剂量计一、原理二、Mapcheck半导体剂量仪第五节场效应管一、原理二、M OSFET探测器的特性第六节剂量的标定一、射线质的测定二、射线吸收剂量的标定第六章光子照射剂量学第一节原射线与散射线一、原射线二、散射线第二节平方反比定律第三节百分深度剂量一、照射野及有关名词定义二、百分深度剂量第四节射野输出因子和模体散射因子一、射野输出因子二、模体散射校正因子第五节组织空气比一、组织空气比定义二、源皮距对组织空气比的影响三、射线能量、组织深度和射野大小对组织空气比的彫响四、反向散射因子五、组织空气比与百分深度剂量的关系六、不同源皮距百分深度剂量的计算一一组织空气比法七、旋转治疗屮的剂量计算八、散射空气比第六节组织最大比一、组织模体比和组织最大剂量比二、散射最大剂量比第七节等剂量线一、等剂量线二、射野离轴比第八节组织等效材料一、组织替代材料二、组织替代材料间的转换三、模体四、剂量准确性要求第九节人体曲而和组织不均匀性的修正一、均匀模体和人体之间的差别二、人体曲面的校正第十节不均匀组织（骨、肺）校正一、射线衰减和散射的修正二、不均匀组织屮的吸收剂量三、组织补偿第十一节楔形野剂量学一、楔形野等剂量分布与楔形角二、楔形因子三、一楔合成四、楔形板临床应用方式及其计算公式五、动态楔形野第十二节不规则射野剂量学第十三节临床剂量计算一、处方剂量二、加速器剂量计算三、钻-60剂量计算四、离轴点剂量计算一一Day氏法第七章电子线照射剂量学第一节电子线中心轴深度剂量分布一、中心轴深度剂量曲线的基木特点二、有效源皮距及平方反比定律三、彫响电子线百分深度剂量的因素四、电子线的输出因子第二节电子线剂量学参数一、电子线的射程二、电子线能量参数三、电子线的离轴比四、电子线的均整度、对称性及半影五、电子线的等剂量线分布特点第三节电子线的一般照射技术一、电子线处方剂量ICRU参考点二、能量和照射野的选择三、射野形状及铅挡技术四、电子线的补偿技术五、电子线的斜入射修正六、电子线的组织不均匀修正和边缘效应七、电子线的射野衔接技术第四节电子线的特殊照射技术一、电子线旋转照射技术二、电子线全身皮肤照射三、电子线术中照射第八章近距离放射治疗剂量学第一节近距离放疗概述一、近距离放射治疗的设备和相关技术二、近距离放疗的常用核素第二节近距离放疗的剂量计算一、单个粒子源的剂量计算方法二、临床多粒子源植入的扰动影响三、组织异质情况下的剂量修正第三节近距离放疗的临床应用和剂量体系一、粒子源植入治疗的临床应用二、粒子源植入的临床剂量体系第九章中子近距离照射剂量学第一节钿中子与制中子相对生物学效应一、钢屮子二、^cf的相对生物效应(RBE)三、屮子近距离治疗的优势第二节钏中子治疗技术一、'叱彳中子后装治疗机(中子刀)简介二、中子刀适应症及禁忌症第三节钿中子治疗的剂量分布一、模体二、确定漩Cf中子束、Y射线吸收剂量分布的探测器三、确定^Cf中子、Y吸收剂量分布的理论方法第四节中子的防护一、中子后装机的辐射防护性能二、患者的辐射防护三、医护人员的辐射防护四、公众的辐射防护五、安全管理第十章临床常用技术和应用第一节挡块一、挡块的厚度二、低熔点铅技术三、挡块制作第二节组织补偿一、组织填充物二、组织补偿器三、电子束的补偿技术第三节多叶准直器一、多叶准直器的基本结构二、多叶准直器的安装位置第四节楔形野一、楔形板二、楔形角与楔形因子三、一楔合成四、动态楔形野第五节独立准直器第十一章临床常用放疗方案第一节放疗临床对剂量学的要求一、提高治疗比二、实现临床剂量学四原则第二节照射技术和射野设计原理一、体外照射技术的分类及其优缺点二、射线及其能量的合理选择三、高能X射线的射野设计原则四、相邻野设计五、不对称射野笫三节临床常见肿瘤放射治疗方案一、鼻咽癌常规照射野设计二、肺癌常规照射野设计三、食管癌常规照射野设计第十二章三维适形放射治疗及调强放射治疗第一节三维适形放疗的发展过程第二节3DCRT工作流程、计划工具一、体模制作二、计划CT扫描与数据传输三、轮廓勾画四、计划设计和评价五、计划验证六、三维适形放疗的临床应用第三节立体定向放射外科和立体定向放射治疗一、立体定向放射外科二、立体定向放射治疗笫以节调强放射治疗一、IMRT的工作流程和基本概念二、IMRT实施方法三、IMRT的优点四、IMRT的可能潜在问题五、IMRT的剂量验证第五节 调强放射治疗的临床应用举例一、 鼻咽癌的调强放射治疗二、 前列腺癌的调强放射治疗三、 肺癌的调强放射治疗第十三章治疗计划系统和治疗计划评估 第一节治疗计划系统概念和历史简介一、 治疗计划系统概念二、 治疗计划系统的发展历史三、 两维和三维治疗计划系统的比较 第二节治疗计划的剂量学原则及靶区剂量规定一、 肿瘤致死剂量与正常组织耐受剂量二、 临床剂量学四项原则 第三节外照射靶区剂量学规定治疗目的 参考点和坐标系 体积的定义 対剂量报告的一般性建议 剂量归一点 吸收剂量二、四、五、八、第六节近距离放射治疗剂量算法近距离治疗特点近距离治疗类型和放射源空间重建近距离主耍剂量计算方法192Ir 放射源的数学模型 近距离照射的剂量优化第七节外照射剂量计算算法一、 剂量计算算法的临床实现进程二、 剂量计算算法第八节 治疗计划系统的设计和体系结构一、 基本组成二、 单个治疗计划工作站系统三、 多工作站系统四、 辅助部件五、 第三方软件六、 治疗计划系统的发展七、 系统说明书二、 四、五、八 第四节TPS 中的图像和图像处理技术一、 放射治疗计划中使用的图像技术二、 图像处理第五节治疗计划设计过程体位固定治疗计划设计放射治疗计划评估治疗计划的验证治计划的执行调强放射治疗的TPS 剂量验证 二、 四、 五、 六、第九节治疗计划系统的验收一、验收内容二、与剂量无关的项目三、外照射野光子剂量计算四、电子线剂量计算五、后装治疗六、数据传输第十节治疗计划系统的质量保证一、系统文件和人员培训二、系统定期QA项目三、患者治疗计划检查第十四章放射治疗的质量保证QA和质量控制QC 第一节QA和QC的目的及重要性第二节放射治疗对剂量准确度的要求一、靶区剂量的确定二、对剂量准确度的要求三、影响剂量准确性的因素第三节外照射治疗物理质量保证内容一、外照射治疗机、模拟机和辅助设备二、等中心及指示装置三、照射野特性的检查四、剂量测量和控制系统五、治疗计划系统六、治疗安全第四节近距离治疗QA内容一、放射源二、污染检查三、遥控后装机QA四、治疗的质量控制第五节QA、QC的管理要求一、部门QA的主要内容二、国家QA的主要内容第十五章发展中的图像引导放射治疗第一节三维适形放射治疗第二节调强放射治疗第三节图像引导放射治疗一、放射治疗实施前影像二、治疗室内图像引导和投照三、图像引导放射治疗四、4维放射治疗第四节剂量引导放疗和循变放疗一、剂量引导放射治疗二、循变放射治疗第十六章放射防护第一节电离辐射的生物效应一、放射损伤机理二、放射生物效应的类型三、影响放射生物效应的主要因素四、辐射对组织、器官的损伤效应第二节放射防护目的与标准一、放射防护的目的二、放射防护应遵守的三项基本原则三、人工照射类型四、放射防护标准第三节外照射防护基本措施一、工作场所区域划分二、减少外照射剂量的三项措施第四节医用电离辐射防护一、医院的防护职责二、医疗照射的正当性判断三、医疗照射的防护最优化四、医疗照射的指导水平与剂量约束章名为小三宋体加粗节名为小四宋体加粗正文为五号宋体加粗一、加粗(一)加粗有必要时1.加粗有必要时(1)a.(a)数字为timenewman公式为(1-1)。
立体定向放射外科
立体定向放射外科立体定向放射外科（stereotaxic radio surgery，SRS）作为一种特殊的治疗手段，在临床中应用越来越广泛，其安全性及有效性得到了医学界的广泛认可，但SRS有其严格的应用指征，只有严格掌握适应证，才能在尽可能降低并发症的前提下发挥最大功效。
SRS是立体定向神经外科技术与放射治疗学相结合而形成的一门新兴学科，属于立体定向外科学范畴。
SRS的概念最早于1951年由瑞典神经外科专家Leksll提出，是指利用立体定向技术对颅内靶点进行精确定位，再用单次大剂量放射线集中照射靶组织，使之产生特殊的放射生物学效应而发生局灶性坏死，从而达到类似外科手术的效果。
SRS自20世纪50年代开始临床应用以来，经历了50多年的发展，近10年来随着医学影像学和计算机技术的迅速发展，SRS技术被广泛用于治疗神经外科疾病，并发展为神经外科的重要组成部分，为神经外科医生提供了一种成熟、可靠的治疗手段。
与传统的神经外科开颅手术相比，SRS治疗具有无创伤、不出血、不需全麻、治疗时间短、定位精确、对颅内重要功能区损伤小、术后并发症少等特点。
经国内外大量临床实践证明，SRS对某些颅脑疾病疗效肯定，甚至可以达到超过显微外科手术的治疗效果，但采用SRS技术治疗颅内疾病也存在很多不足和需要探讨之处，如不易明确病变性质、治疗后显效缓慢、不能尽快解除占位效应、脑动静脉畸形闭塞缓慢、某些疾病治疗后有发生脑水肿可能等，这些都是我们今后需进一步深入研究解决的问题。
（一）立体定向放射外科的放射物理学及放射生物学基础SRS的放射物理学及放射生物学知识是相当复杂的，有关这方面的介绍比较少，这里只对临床上经常涉及到的问题简单做一阐述。
1．放射物理学基础要提高肿瘤放射治疗的效果，必须提高其治疗的增益比，即最大限度地将射线集中到病变内，杀死肿瘤细胞，而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射，这正是肿瘤放射治疗的目标。
近年来，随着影像诊断与放疗技术的进步，开展了三维适形放射治疗，这在肿瘤放射治疗方面可以说是一大进步，是放射肿瘤治疗学上的一项重要变革。
肿瘤放射物理学-物理师资料-4.6-立体定向放射治疗
Leksell型静态γ-刀适用于头部。
液压系统用来开启和关闭屏蔽门 以及将病人治疗床移进移出准直器头盔 控制台上有两个定时机构 用来控制辐射曝光时间 另外还有红外摄像监视器、对讲机、治疗开关等 安全锁止系统在检出技术故障时会终止仪器运行
旋转式γ-刀 旋转式γ-刀是由中国深圳OUR公司率先研制成功。它在
静态式γ-刀的基础上作了重大改进，设计更为合理。旋转式 γ-刀也只适用于头部。
静态γ-刀由放射源释放组件、准直器头盔、液压系统，病人 治疗床、控制台和治疗计划系统等部分组成
•多个钴源呈半截球形分布在厚金属 防护的中央体内，每个钴源为1.1TBq （30Ci），共计6,000Ci。
放射源释放组件包括： 铸铁半球形屏蔽壳体 装有201个钴60γ辐射源的中心体及屏蔽门等
准直器头盔呈半球形结构，有 201个束道 每一束道均有源衬套组件 钨合金预准直器和准直器 以产生正确的束的角度和直径
测量固定架数据， 用于复位
第二步:进行磁共振或CT扫描
第三步:治疗计划的设计
• 利用固定装置内在标记， • 可进行图像的扭转、位移校正 • 计划评估和确认 • 各项摆位参数的确定 • 摆位图片等
第四步:病人的治疗实施
• 患者平躺在伽玛刀的治疗床上 • 依照原先确定的靶组织坐标，医师们将患者的头部放入
奥沃伽玛刀
X-刀
X-刀是继γ-刀之后于80年代发展起来的一种新型立体 定向放射外科设备。
三维立体定向放射治疗.
肿瘤放射治疗学备课笔记（讲稿）内容教师班级时间第八章三维立体定向放射治疗目前国内外广泛使用的常规放射治疗技术是使用单一或多个照射野从一个或多个方向照射，在病人体内形成一个形状规则的三维立体高剂量区来包含在三维形状上实际是不规则的病变，这必然会较多地包及肿瘤周围的正常组织。
因此，常规外照射存在的主要问题是正常组织损伤和肿瘤未控或复发。
为了避免造成这些正常组织的过度损伤，照射剂量的提高势必受到限制，因而使得肿瘤得不到足够量的照射而造成局部未控或复发。
这从放射物理和放疗技术的角度上，是肿瘤放射治疗的效果长期得不到进一步提高的主要原因之一。
为了解决这个问题,推出了三维立体定向放射治疗。
三维立体定向放射治疗包括立体定向放射外科（stereotactic radiosurgery , SRS主要包括γ刀、X刀）、立体定向放射治疗（stereotactic radiotherapy，SRT）技术、三维适形放疗(3 Dimensional Conformal Radiation Therapy , 3DCRT )、调强适形放疗( Intensity Modulated Radiation Therapy , IMRT )、四维调强适形放疗等。
三维立体定向放射治疗历史：1951年Leksell教授首先提出立体定向放射外科的构想，利用立体定向技术，使用大剂量聚焦的γ射线束一次性摧毁需治疗的病灶。
1959年日本Takahashi提出了适形放射治疗的概念及原理（称原体照射）。
1977年美国Bjangard, Kijewski等提出了调强放射治疗的原理。
上个世纪80年代末、90年代初，由于计算机及影像技术的高速发展促进了精确放疗设备的开发，如美、德等国相继开发了商用的X刀系统，瑞典开发了第三代γ刀系统。
1994年，Spirou等人提出了使用动态多叶准直器(DMLC)来实现IMRT，而Bortfeld 和 Boyer 则首先进行了多个静态野的实验（SMLC），发展至今已出现各种束流强度算法及各种调强方式，并在全身各部位肿瘤进行了临床实验，获较佳效果。
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定向照射系统 )实施治疗。
F定位框架 ; P支撑系统 ; Z显像标记 ; C诊断设备 ; T治疗设备
图 1 立体定向照射示意图
从上面的分析可以看出 ,立体定向照射装置主 要有三部分组成 ,即治疗实施系统 ,立体定向系统和 计划系统。 Leksell γ刀装置和直线加速器立体定向 照射系统的主要区别是治疗实施的方式不同 ,而立 体定向系统和计划系统基本相同或相近。 1. 1 治疗实施系统 1. 1. 1 Leksel l γ刀装置 Leksell γ刀装置主要部 件是辐射单元 ,盔形准直器系统 ,治疗床 ,液压系统 和控制部分。 如图 2所示 ,辐射单元包括有 201颗 60 Co放射源 ,按半球形排列。中心源射线束中心轴与 水平线呈 55°,其余放射源沿治疗床长轴方向± 48°, 和沿治疗床横向± 80°分布。所有放射源射线束中心
根据美国医学物理学家学会 ( AAPM )的建议 , 无论是 γ刀装置还是 X 射线立体定向照射系统的 剂量参数的测量 ,要使用灵敏体积较小的探测器。具 体测量深度剂量 (包括 T M R) 和照射野输出因子 , 建议使用电离室探测器 ,并其灵敏体积直径≤ 3 mm。照射野的离轴比可使用胶片剂量计 ,半导体 , 闪烁探测器或热释光 ( T LD)及电离室等 ,其灵敏体 积直径≤ 2 m m。 胶片剂量计由于其空间分辨率较 高 ,可作为首选。使用半导体要注意其角度响应特性 (即入射方向 )的影响。 2. 2 剂量学参数的特点
治疗计划系统实际是一套计算机系统 ,它具有 的软件功能 ,是和特定的立体定向照射设备所匹配 的。 第一 ,治疗计划系统应具有很强的图像处理能 力。通过输入带有定位标记的 CT 等影像学资料 ,完 成三维图像的重建 ,包括矢状面和冠状面的显示等。 必要时 ,可根据不同来源的影像学资料 ,完成图像的 融合 ,以方便主管医生更准确地确定治疗的靶体积 形状、体积 ,以及与周围正常组织特别是敏感器官的 几何关系。第二 ,治疗计划系统应具有很强的剂量计 算和评估功能 ,包括确定照射 技术、照射野入射方 向 、准直 器大 小、剂 量权 重、 旋转 弧起 始和终 止角 度、
影像定位框架带有可在 X 射线影像上显像的 V型 (或 Z型 )标记。 患者戴着定位框架实施 CT (或 M R)扫描 ,所获得的每一帧 CT 图像都带有标记。而 且这些标记在不同位置的 CT 影像上有不同的几何 位置 ,这是立体定向照射计划系统建立患者三维座 标系的基础。
治疗摆位框架实际是一三维定位框架。 它一般 有 X、 Y和 Z三个方向的标尺和座标指示器。当计划 系统设计的治疗计划方案确定后 ,由计划系统计算 出靶中心相对患者三维座标系各个方向的座标值。
立体定向放射治疗通常所使用的圆形照射野 , 较常规放射治疗的照射野要小得多 ,一般直径为几 毫米或 3～ 4 cm之间。 这样选用常规电离室进行剂 量测量会有一定困难。 其原因主要为: ( 1)电离室位 于照射野中心轴 ,测量中心轴深度剂量和输出因子 , 缺乏测方向的电子平衡 ,使得具有一定几何尺寸的 探头 ,在测量时其中心到边缘即有明显的剂量变化 ; ( 2)测量照射野的离轴比时 ,由于小照射野内剂量梯 度较大 ,而常规电离室的空间分辨率较差。正是基于 这些考虑 ,通常对于剂量梯度较大的小照射野剂量 学参数的测量 ,特别要注意测量探测器的尺寸。
立体定向放射治疗采用的是非共面小照射野集 束旋转照射 ,其基本剂量模式为: D= DM· T M R· SC, P· O A R。 式中 DM 为参考条件的输出剂量 ,以 6 MV X射线为例 ,参考条件为最大剂量深度 ,即水下 1. 5 cm, 10 cm× 10 cm 照射野 ; TM R为组织最大剂 量比 ; SC, P为照射野输出因子 ; O A R为照射野 离轴 比。 因此立体定向放射治疗的基本剂量学参数应包 括 T M R, SC, P和 O A R。 考虑到水模体中实际 测量 TMR值较为 繁杂 , 可利用 测量 百分深 度剂 量 ( PDD) ,然后计算得到 T M R值。
由我国深圳奥沃公司研发的旋转式 γ刀装置 , 仅使用 30颗 60 Co放射源 ,分组排列 ,源旋转轴与垂 直平面交 角分别为 14°～ 43°, 空间立体角 为 30°× 360°,可实施多野旋转集束照射。 1. 1. 2 X射线立体定向照射系统 X射线立体定 向照射系统是以直线加速器为基础实现的。 如图 3 所示 ,在标准的直线加速器治疗头上增加第三级准 直器系统 ,通常为一组圆形准直器 ,可在等中心处形 成 5～ 50 m m的照射野。根据临床治疗的要求 ,可替 换不同大小的准直器。实施治疗时 ,通过变换治疗床 的旋转角度 ,实行多弧旋转照射。也可以采用动态立 体定向照射。即治疗时 ,治疗床和机架按照计划设计 的要求 ,同时旋转 ,并出束照射 (图 4)。 按照这种方 式 ,可以同样实现类似 γ刀装置那样的多方向小照 射野集束照射的效果。
图 5给出立体定向照射所采用的不同照射方法 和剂量分布的特点。可以看出 ,以直线加速器为基础 的 X射线立体定向照射系统 ,基本可以达到 Leksell
G: 机架旋转轴 ; C: 准直器旋转轴 ; T: 治疗床旋转轴 图 3 a: 直线加速器 立体定向照射系统示意图 b: 圆形准直器 系统
DOI : 10. 13267 /j . cnki . syzl zz . 2004. 02. 003
实用肿瘤杂志 2004年 第 19卷 第 2期
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三维立体定向放射治疗研究新进展
立体定向放射治疗的物理学基础 ……… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… 张红志 三维立体定向放射治疗中的放射生物学问题和机遇 … …… …… …… …… …… …… …… …… …… 杨伟志 鼻咽癌调强适形放疗的临床应用 ……… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… 惠周光 徐国镇 腹、盆部肿瘤的三维立体定向放射治疗… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… 余子豪
图 4 动态立体定向照射示意图
1. 2 立体定向系统 立体定向系统是在实施立体定向照射过程中 ,
为患者建立一个三维座标系 ,以保证立体定向照射 的精确。 它包括有影像定位框架和治疗摆位框架。
影像定位框架和治疗摆位框架使用时都与一基 准环相连接 ,基准环分为有创和无创固定型两种。有 创固定型通过局部麻醉后 ,固定在患者的头骨上 ,一 般在单次照射时使用。 无创固定型和患者的体位固 定器相连接 ,一般分次照射时使用。
图 2 Lekshell γ刀示意图
Leksell γ刀装置有 4个盔形次级准直器系统 , 分别由 201个通道对放射源准直 ,可在焦点处形成 4、 8、 14、和 18 m m直径的照射野。如果需要 ,可以对 任意通道即放射源屏蔽。在治疗时 ,患者戴有定位框 架 ,进入盔形准直器系统 ,并使靶体积与焦点同位 , 由液压系统驱动治疗床进入 γ刀的辐射单元 ,盔形 准直器与初级准直器重合 ,位置精度可好于± 0. 1 m m,即可实施治疗。 由于 201个放射源是沿着 92° × 160°一个弧形面分布 ,并聚焦于一点 ,可保证对靶 体积从多方向聚焦照射 ,并具有很高的治疗精度。这 是 Leksell γ刀装置最主要的优点。
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轴聚焦于一点 (精度为± 0. 3 mm ) ,源到焦点的距离 为 403 m m。焦点处的剂量率可达到 300～ 400 cGyical Oncology Vol. 19 N o. 2 2004
γ刀装置的剂量学特性 ,并且直线加速器还可以实 现常规分次放射治疗 ,相对成本也较 γ刀装置低很 多 ,这是 X射线立体定向照射系统更为优越之处。
立体定向放射治疗的物理学基础
张红志
(中国医学科学院 肿瘤医院 ,北京 100021)
关键词: 立体定位技术 ;放射治疗 ;放射治疗计划 ,计 算机辅助
中图分类号: R454; R815 文献标识码: A 文章编号: 1001-1692( 2004) 02-0095-06
立体定向放射治疗是一种照射技术 ,它源于 20 世纪 50年代初瑞典神经外科学家 La rs Leksell 的 设计 ,即利用类似神经外科立体定向定位的方法 ,对 欲治疗的病变准确定位 ,然后使用放射线。主要是 γ 射线或 X 射线 ,给以多个非共面小照射野三维集束 照射。根据照射的不同分次模式 ,又可分为立体定向 放射手术 ( stereot actic radio surg ery , SRS) , 即早期 Lars Leksell单次大剂量照射和立体定向放射治疗 ( stereo tactic radio therapy, SRT ) ,即 20世纪 80年 代逐渐开展的分次照射。 目前立体定向照射的设备 主要是利用 γ射线照射的 Leksell γ刀装置 ,和利用 直线加速器实施照射的 X 射线立体定向照射系统 (亦称 X刀 )。 以下将 SRS和 SRT 统称为立体定向 放 射治 疗。本 文将 对立 体定 向放 射治 疗的实 施、 剂量 学特点和质量保证等内容给予简要论述。 1 立体定向放射治疗的实施
实用肿瘤杂志 2004年 第 19卷 第 2期
图 5 a 不同立体定向照射方式示意图 b 不同方式照射剂量分布比较
(剂量跌落最陡和最缓处 )
在实施治疗时 ,患者戴有治疗摆位框架。首先根据治 疗计划系统的计算结果 ,通过治疗摆位框架 X、 Y和 Z三个方向的标尺 ,确定患者靶中心在三维空间的 位置 ,并将治疗机的等中心 (或 γ刀装置的焦点 )与 之重合 ,即可实施治疗。 1. 3 治疗计划系统
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剂量分布计算和显示。 同时在设计时能提供野视图 ( BEV ) 等工具 , 可直观 地避开正 常组织 和敏感 器 官。 对于最终的剂量分布 ,可提供剂量评估工具 ,如 剂量 - 体积直方图 ( DV H)等评价剂量分布的优劣。 以及靶剂量的剂量参数。 在多靶点治疗和再程治疗 等计划设计时 ,要有能处理多计划的叠加和评估处 理功能。 第三 ,能完成特定患者三维座标系的建立 , 在各种治疗参数输出清单中给出靶中心 的三维座 标、照射野几何设置条件、剂量值、治疗时间 (或机器 单位 )等。 2 立体定向放射治疗的剂量学特点 2. 1 基本剂量学参数