医学物理-肿瘤放射治疗

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1、医学物理-肿瘤放射治疗 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd:a little bit more.individuals above the crowd:a little bit more.-author -author -date-date医学物理简介 医学物理学是把物理学的原理和方法应用于人类疾病的预防、诊断、治疗和保健的一门交叉学科。医学物理 医学物

2、理包括放疗物理、影像物理、核医学物理、保健物理、激光和超声物理等子学科。激光治疗机直线加速器超声PET-CTCT放射治疗的武器电子重离子射线（X和）放射治疗原理通过”感染”水分子破坏DNA链间接作用直接作用直接击断DNA链放射治疗目标肿瘤肿瘤尽可能提高肿瘤所受剂量同时降低周围正常组织所受剂量放疗技术发展里程碑1 1895年伦琴发现X射线并用于人体摄像 1901年获诺贝尔奖放疗技术发展里程碑21898年居里夫人发现放射性元素镭并用于肿瘤的治疗治疗前治疗后放疗技术放疗技术镭镭 镭管、镭针、镭模等，用于治疗皮肤癌和镭管、镭针、镭模等，用于治疗皮肤癌和比较表浅的恶性肿瘤。比较表浅的恶性肿瘤。放疗技术X

3、线治疗机 2020世纪世纪3030、4040年代：年代：KVKV级级X X线治疗机的出现线治疗机的出现成就了外照射技术成就了外照射技术（远距离治疗）（远距离治疗）的发展。的发展。放疗技术钴治疗机 2020世纪世纪5050年代，钴年代，钴-60-60远距离治疗机的出现标远距离治疗机的出现标志着兆伏级放疗时代的开始志着兆伏级放疗时代的开始。放疗技术加速器 2020世纪世纪6060年代，医用电子加速器的出现年代，医用电子加速器的出现，拓，拓展了放射治疗技术发展的广阔前景。展了放射治疗技术发展的广阔前景。基于加速器的放疗基于加速器的放疗常规放疗常规放疗 常规放疗照射技术：常规放疗照射技术：以以X X线

4、模拟定位影像为线模拟定位影像为指导指导，二维放射治疗，二维放射治疗。基于加速器的放疗基于加速器的放疗三维适形三维适形三维适形：在三维空间的任何方向上三维适形：在三维空间的任何方向上,照射野几何投影的形状都与肿瘤的形照射野几何投影的形状都与肿瘤的形状相一致状相一致基于加速器的放疗基于加速器的放疗调强放疗调强放疗 调强放疗：利用逆向治疗计划系统和计算机控调强放疗：利用逆向治疗计划系统和计算机控制的动态准直器制的动态准直器(MLC),(MLC),将射线束细分为数个将射线束细分为数个(数十数十)很小的子野并调节每个子野的剂量强度很小的子野并调节每个子野的剂量强度,雕刻出与肿瘤相匹配的高度适形的剂量曲线

5、。雕刻出与肿瘤相匹配的高度适形的剂量曲线。调强实现方式MLC多叶准直器（MLC）容积调强旋转治疗（VMAT）VMAT=IMAT+IMRT，拉弧治疗的同时剂量率、机架速度、MLC等非均匀可调 断层放射治疗（TOMO）断层放疗是一种影像引导的调强放射治疗，是直线加速器和螺旋CT扫描机的结合。影像引导的放射治疗（影像引导的放射治疗（IGRTIGRT）影像引导的放射治疗影像引导的放射治疗(IGRT)(IGRT)与与3D-CRT3D-CRT、IMRT IMRT 不是平行的概念不是平行的概念,而是实施和完善这而是实施和完善这些技术的重要手段，是精确放疗的更高层些技术的重要手段，是精确放疗的更高层次的发展。

6、次的发展。MV-EPIDMV-CBCTKV-CBCTIGRT在线校准 每次治疗时摆位完成，采取患者每次治疗时摆位完成，采取患者2D/3D2D/3D图像与参考图像（模拟定位图像或计划图像与参考图像（模拟定位图像或计划图像）比较，确定误差，实时予以校正。图像）比较，确定误差，实时予以校正。ElektaSynergyVarianTrilogy在线校准在线校准等中心移位技术等中心移位技术(Isocenter-Shift Technique)(Isocenter-Shift Technique)治疗室内治疗室内CT(CT-on-rails-Siemens)PRIMUS or PRIMARTSOMATOM

7、 CT Sliding GantryZXT TableGantry Moves During Slice AcquisitionRailsStationary CarbonFiber TabletopPRIMUS or PRIMARTZXT TablePRIMUS or PRIMARTSOMATOM CT Sliding GantryZXT TablePRIMUS or PRIMARTSOMATOM CT Sliding GantryZXT TablePRIMUS or PRIMARTStationary CarbonFiber TabletopSOMATOM CT Sliding Gantr

8、yZXT TablePRIMUS or PRIMARTRailsStationary CarbonFiber TabletopSOMATOM CT Sliding GantryZXT TablePRIMUS or PRIMARTGantry Moves During Slice AcquisitionRailsStationary CarbonFiber TabletopSOMATOM CT Sliding GantryZXT TablePRIMUS or PRIMART在线校准超声引导摆位系统(BAT)自适应放疗自适应放自适应放疗是根据疗是根据治疗过程治疗过程中的反馈中的反馈信息，对信息，对

9、治疗方案治疗方案作相应调作相应调整的治疗整的治疗技术或模技术或模式。式。治疗中的呼吸运动管理治疗中的呼吸运动管理ABCABCActive Breathing Coordinator(ABC)患者主动参与患者主动参与并进行深吸并进行深吸-深呼深呼-再次深再次深吸吸-屏气这一屏气这一过程的呼吸训过程的呼吸训练，在屏气时练，在屏气时靶区暂时停止靶区暂时停止运动，给予放运动，给予放射治疗射治疗治疗中的呼吸运动管理治疗中的呼吸运动管理RPMRPMRPM 门控系统，通过监测呼吸运通过监测呼吸运动使得射线束的照射周期与呼动使得射线束的照射周期与呼吸周期同步，只在呼吸某一特吸周期同步，只在呼吸某一特定时相内开

10、启射线束进行放疗定时相内开启射线束进行放疗D放射治疗影像 4D4D图像：在一个呼吸图像：在一个呼吸或其他运动周期的每或其他运动周期的每个时相采集一套图像，个时相采集一套图像，所有时相的图像构成所有时相的图像构成一个时间序列，按不一个时间序列，按不同时相分为多套同时相分为多套3D3D图图像，从而得到图像采像，从而得到图像采集部位在一个呼吸周集部位在一个呼吸周期的完整的运动图像。期的完整的运动图像。4D放射治疗计划设计4D4D计划设计：根据计划设计：根据4D4D影像数据，优化确定一套影像数据，优化确定一套带有时相标签的射野参数带有时相标签的射野参数。4D放射治疗治疗实施基本设想：治疗时用基本设想：

11、治疗时用4D4D影像定位所用的相同影像定位所用的相同的呼吸监测装置监测患者的呼吸，当呼吸的呼吸监测装置监测患者的呼吸，当呼吸进行到某一呼吸时相时，治疗机调用该时进行到某一呼吸时相时，治疗机调用该时相的射野参数实施照射。相的射野参数实施照射。注意：从监测到呼吸时相变化注意：从监测到呼吸时相变化调用新的射野调用新的射野参数参数完成新参数的设置需要时间，也就是治完成新参数的设置需要时间，也就是治疗实施时呼吸时相的变化有响应时间，需要有疗实施时呼吸时相的变化有响应时间，需要有预测软件减少响应时间引入的误差。预测软件减少响应时间引入的误差。目前目前4D4D影像技术较为成熟，已商品化，而影像技术较为成熟，

12、已商品化，而4D4D计划设计和计划设计和4D4D治疗实施技术还在研究阶段。治疗实施技术还在研究阶段。实时跟踪技术n实时跟踪技术（实时跟踪技术（Real-time Tumor TrackingReal-time Tumor Tracking）随着成像技术，多叶光栅以及机械控制技术随着成像技术，多叶光栅以及机械控制技术的发展，实时跟踪肿瘤运动使射线束实时跟的发展，实时跟踪肿瘤运动使射线束实时跟随目标肿瘤随目标肿瘤,成为肿瘤运动补偿问题的发展方成为肿瘤运动补偿问题的发展方向。向。n最常用的直接跟踪方法是通过最常用的直接跟踪方法是通过X X 射线透视成射线透视成像对运动肿瘤实时成像。通常为了增加肿瘤像

13、对运动肿瘤实时成像。通常为了增加肿瘤与周围软组织的图像对比度，与周围软组织的图像对比度，常在患者体内常在患者体内植入金属标记物。植入金属标记物。赛博刀系统中的同步呼吸跟踪系统（赛博刀系统中的同步呼吸跟踪系统（RTSRTS）射波刀系统介绍Synchronycamera 同步同步追踪器追踪器 Treatment couch治疗床治疗床LinearAccelerator直线加速器直线加速器Manipulator机械手臂机械手臂ImageDetectors高速照相机高速照相机X-ray sourcesX X光射源光射源Targeting System定位系统定位系统Robotic Delivery System机器人照射系统机器人照射系统Synchronycamera 同步同步追踪器追踪器 X-ray sourcesX X光射源光射源超声成像动态跟踪超声成像动态跟踪质子放疗系统质子放疗系统质子束的物理特性是具有质子束的物理特性是具有BraggBragg峰峰重离子放疗辐射危害和标识辐射防护距离屏蔽时间防护三原则