精确放射治疗技术.ppt

精确放射治疗技术的现状与发展默认分类 江西省人民医院放疗室 邵辉庭 一 、精确放射治疗技术概述 1. 精确放射治疗技术的概念 近十年来，随着放射物理学、放射生物学、临床肿瘤学和医学影像学等相关学科的发展，放射治疗技术领域发生了巨大变革。精确放射治疗技术就是以“精确定位、精确计划、精确治疗”为特征的高能X射线新的放射治疗技术的统称，它包括立体定向放射外科(SRS)和立体定向放射治疗(SRT)技术、三维适形放射治疗(3D CRT)技术以及调强放射治疗(IMRT)技术等。这些放疗技术的特点是它的剂量分布的高剂量区外围有十分陡的剂量下降梯度，从而使得高精度、高剂量、高疗效和低损伤(三高一低)的现代放疗模式得以实现。 精确放射治疗技术能明显提高肿瘤的局部控制率，降低正常组织的并发症，从而提高治疗效果。在实际应用中可按靶区的位置与形状大小选用不同的精确放射治疗技术。一般来说SRS/ SRT只适于头部、体部的球状小肿瘤的治疗，而3D CRT和IMRT的适用范围较广，能治疗各部位不规则形状的较大肿瘤。3D CRT的技术已完全成熟，而调强放疗被认为是肿瘤放疗技术的重大突破，它产生的剂量分布优于3D CRT，应当能得到更好的治疗效果，这已在前列腺癌、乳腺癌、头颈部肿瘤、宫颈癌、鼻咽癌、胰腺癌等的临床试验中得到证实，据报道因此调强技术在美国于2003年才开始大规模的发展。一些学者预言，随着生物功能性影像技术的发展，若靶区内的乏氧区能够实现影像显示、并能得到高剂量的照射，则高LET射线在放疗中的作用将显著减弱。21世纪放疗发展的主流将是高能X射线的精确放射治疗技术，特别是物理及生物优化的调强技术。 2. 精确放射治疗技术的历史 关于精确放射治疗技术的研究一直没有停止过。1949年，瑞典科学家Leksell首先提出放射外科学的构想，利用立体定向定位技术，使用大剂量聚焦的γ射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。1977年美国Bjangard，Kijewski等提出了调强放射治疗的原理。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放设备的开发，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g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优化算法及各种调强方式，并在全身各部位肿瘤进行了临床试验，获较佳效果。近年来又出现了各种新型精放治疗设备与技术，如把放疗机和CT机集成到一起的“断层放疗”(Tomotherapy)技术，以及具有影像学引导定位和跟踪功能的机械手“Cyber-knife”治疗机等。 上世纪90年代以来，我国的精确放射治疗事业也已不断地快速发展。深圳奥沃公司、北京大恒公司、深圳一体智能公司、北京医疗器械研究所、东影公司、上海拓能公司等也相继在不同程度上对精确放疗技术进行了研究，并开发了相应的产品。 二 、精确放射治疗计划系统 精确放射治疗计划的设计和实施都离不开精确放射治疗计划系统，它是整个精放计划设计的核心和计划实施的依据。一个高性能的精确放射治疗计划系统的优劣可以从其采用的剂量计算方法和逆向计划设计(束流强度优化与调强方式)的功能上反映出来，因为剂量计算是治疗计划系统的关键技术，它涉及到精度与速度之间的矛盾。而逆向计划设计尽管已有十多年的发展史，但于2003年该技术在美国才获广泛应用。它除了在优化算法和剂量算法存在精度与速度的矛盾问题之外，其采用的目标函数和调强方式也是逆向计划设计的关键技术。 剂量计算是治疗计划优劣评价的依据。剂量计算的误差应小于3%。在过去半个多世纪里，人们已提出了许多种剂量计算模型，如早期提出的最简单的深度剂量—离轴比经验模型，Clark-son扇面积分模型，上个世纪80年代~90年代发展起来的笔形束模型和基于核函数的卷积/叠加模型，乃至当前研究的热点—蒙特卡罗剂量计算模型。这些新模型的不断发展使剂量计算的精度越来越高，但计算的时间也越来越长，尽管计算机技术也在飞速发展，出于精度和速度两方面的考虑，目前的精确治疗计划系统大多采用精度和速度较高的卷积/叠加模型。在这种模型中，剂量计算是通过将放射线的束流分布(Fluence Distribution)与一个点扩展函数(Point Spread Distribution)或卷积核相卷积来实现的。卷积法适用于任意的射野束流分布，所以这种方法特别适宜于不规则野和调强野的剂量计算。而且卷积剂量计算可以通过快速傅立叶变换(FFT)来完成，从而使卷积运算速度得到了显著的提高。 当前调强放射治疗正得到广泛的推广应用。IMRT采用逆向计划设计，即计划系统根据用户