治療計劃設計的物理原理和生物學基礎

治療計劃設計的物理原理和生物學基礎第1頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一理想劑量學曲線第2頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一治療計劃設計的

物理原理

和生物學基礎第3頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一治療增益比=（某種治療技術）腫瘤控制率：周圍正常組織損傷率治療比=正常組織耐受劑量

：腫瘤致死劑量照射野內腸管的耐受劑量為5000cGy，精原細胞瘤的致死劑量為2500cGy，治療比為2>1（有可能治愈）；照射野內腸管的耐受劑量為5000cGy，畸胎瘤的致死劑量為10000cGy，治療比為0.5<1

（治愈可能性較?。?；第4頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一臨床要求治療比>1治療比<1第5頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一劑量（靶區(qū)劑量、正常組織耐受劑量）的相關規(guī)定、說明如何提高增益比？放射源照射技術射野設計時間劑量因子第6頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一①第7頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一②③第8頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一TD5/5TD50/5第9頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一正常組織耐受量分為兩種最小損傷劑量：在所有用標準治療條件的腫瘤患者中，治療后5年，因放射治療造成嚴重放射損傷的患者不超過5%

最大損傷劑量：在所有用標準治療條件的腫瘤患者中，治療后5年，因放射治療造成嚴重放射損傷的患者不超過50%第10頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一理想情況下：最佳劑量<TD5/5不利情況下：最佳劑量<TD50/5第11頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一外照射靶區(qū)劑量分布的規(guī)定腫瘤區(qū)(grosstargetvolume,GTV):腫瘤的臨床灶；臨床靶區(qū)(clinicaltargetvolume,CTV):臨床灶、亞臨床灶以及腫瘤可能浸潤的范圍；計劃靶區(qū)(planningtargetvolume,PTV):CTV、照射中患者器官運動、和由于日常擺位、治療中靶位置和靶體積變化等因素引起的擴大照射的組織范圍。內靶區(qū)(internaltargetvolume,ITV):呼吸或器官運動引起的CTV外邊界運動的范圍；第12頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一外照射靶區(qū)劑量分布的規(guī)定治療區(qū)(treatmentvolume,TV):90%等劑量線面所包括的范圍；照射區(qū)(irradiationvolume,IV):50%等劑量線面所包括的范圍；冷劑量區(qū)(coldvolume):

在ITV內劑量低于CTV處方劑量的下限（-5%）的范圍；熱劑量區(qū)(hotvolume):

組織接受的劑量高于CTV處方劑量的上限（+5%）的范圍；靶區(qū)最大劑量：PTV內最高劑量（面積≥2cm）；靶區(qū)最小劑量：PTV內最低劑量（>治療區(qū)的劑量）；第13頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一危及器官及其劑量危及器官(organatrisk,OAR):指可能卷入照射野內的重要組織或器官（耐受劑量TD5/5、TD50/5

）計劃危及器官(planningorganatriskvolume,PORV):指OAR本身和由于器官運動、治療擺位誤差的影響，其擴大后的范圍

危及體積(riskvolume,RV):危及器官OAR卷入射野內并受到一定劑量水平照射的范圍。第14頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一V第15頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一靶區(qū)平均劑量：PTV內均勻分割的劑量矩陣內的劑量的平均值

Dij為第ij個矩陣格點內的劑量；N為靶區(qū)內均勻分割的劑量矩陣格點數靶區(qū)中位劑量:PTV內最大劑量和最小劑量的平均值劑量；靶區(qū)模劑量:PTV內頻率出現最多的劑量；劑量熱點:ITV外大于規(guī)定的靶劑量的熱劑量區(qū)的范圍（劑量熱點的面積≥2cm）外照射靶區(qū)劑量分布的規(guī)定第16頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一靶區(qū)劑量歸一的規(guī)定點

治療計劃系統(tǒng)中，靶區(qū)及正常組織中的劑量分布均表示成以靶區(qū)內某一點劑量歸一的相對劑量分布的形式，該點稱為靶區(qū)劑量歸一的規(guī)定點。ICRU報告中對此作了規(guī)定（七原則）第17頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明規(guī)定1：靶劑量應針對具體的解剖部位、照射技術及其劑量分布；對一個以上的計劃靶區(qū)，應該有相應的靶劑量。一旦靶劑量規(guī)定點確定以后，不應隨療程中照射野及其安排的改變而改變。規(guī)定2：對只有一個計劃靶區(qū)或多計劃靶區(qū)的第一個計劃靶區(qū)（通常是腫瘤區(qū)），靶劑量規(guī)定點選在計劃靶區(qū)中心或中心附近。對多計劃靶區(qū)的第2，第3個計劃靶區(qū)，靶劑量規(guī)定點應是解剖部位和劑量分布的代表點，并應注明這些點的位置。第18頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一規(guī)定3：靶劑量以及其他劑量規(guī)定點不能選在劑量變化梯度大的地方，即劑量規(guī)定點應至少離開射野邊緣2cm規(guī)定4：對固定野（包括等中心和固定源皮距）照射，按下述方法選取靶劑量規(guī)定點：①單野照射時，靶劑量規(guī)定點應選在照射野中心軸上計劃靶區(qū)中心處；②等劑量比的兩個對穿野照射時，靶劑量規(guī)定點應選在兩照射野中心軸的中點；劑量比不等時，靶劑量規(guī)定點應選在兩照射野中心軸上計劃靶區(qū)中心；③兩野或三野以上交角照射時，靶劑量規(guī)定點應選在照射野中心軸的交點處ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明第19頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明規(guī)定5：X線旋轉治療時，靶劑量規(guī)定點應選在旋轉主平面的旋轉中心處；當旋轉角小于270°時，靶劑量規(guī)定點也可選在計劃靶區(qū)中心處。旋轉中心的安排應使得計劃靶區(qū)中心的劑量接近于最大劑量。規(guī)定6：高能電子束單野照射當線束垂直入射時，靶劑量規(guī)定點應選在射野中心軸上最大劑量點處；當線束斜入射或使用不規(guī)則射野時，若用計算機計算劑量分布，靶劑量規(guī)定點選在射野中心軸上計劃靶區(qū)中心處；若用查表計算時，靶劑量規(guī)定點應選在假設射野垂直入射時，射野中心軸上最大劑量點處；第20頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一ICRU報告對靶劑量規(guī)定點的說明規(guī)定7：如果靶區(qū)劑量分布的劑量歸一點（100%）與上述靶劑量規(guī)定點一致時，100%等劑量線就代表靶劑量；如果不一致時，用相應的等劑量線計算靶劑量。第21頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一劑量（靶區(qū)劑量、正常組織耐受劑量）的相關規(guī)定、說明如何提高增益比？★放射源照射技術射野設計時間劑量因子第22頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一放射源的合理選擇單野照射，腫瘤區(qū)域劑量分布不均勻對較深部的腫瘤，應選擇較高的射線能量X射線高能X射線劑量分布特性與理想曲線比較第23頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一放射源的合理選擇對一般20cm體厚的患者，10~25MVX射線比較理想體厚特別大（≧30cm）時，選用32MVX射線X射線第24頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一放射源的合理選擇常用相對野結合治療中位或偏位病變X射線相對野照射，前后距離25cm的中位病變32MVX射線骨吸收重第25頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一X射線劑量特性與理想劑量曲線比較高能電子束劑量特性與理想劑量曲線比較高能電子束只適用于治療表淺、偏心部位的腫瘤，且以單野照射較好放射源的合理選擇第26頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一電子束和X射線混合束治療不同深度的腫瘤放射源的合理選擇A—8MVX射線B—合成劑量分布（1:1）C—20MeV電子束劑量比變化？第27頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一高傳能線密度（LET）射線：快中子、π負介子和其他重離子等放射源的合理選擇比較理想第28頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一劑量（靶區(qū)劑量、正常組織耐受劑量）的相關規(guī)定、說明如何提高增益比？放射源照射技術（體外）：SSD、SAD、ROT射野設計時間劑量因子第29頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一體外照射技術固定源皮距（SSD）技術固定放射源到皮膚的距離在標稱源皮距下，將治療機的等中心放在患者皮膚上（A點），而靶區(qū)中心T放在放射源S和皮膚入射點A兩點連線的延長線上技術要點機架轉角、患者體位要準確第30頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一體外照射技術技術要點升床要準確旋轉（ROT）技術以靶區(qū)中心T為旋轉中心，用機架的旋轉運動代替SAD的機架定角照射等中心定角（SAD）技術將治療機的等中心置于靶區(qū)中心T上第31頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一劑量（靶區(qū)劑量、正常組織耐受劑量）的相關規(guī)定、說明如何提高增益比？放射源照射技術射野設計——X(γ)射線射野時間劑量因子第32頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一X（γ）射線射野設計原理單野照射X射線劑量特性與理想劑量曲線比較靶區(qū)范圍很?。ㄈ珙i、鎖淋巴結）時適用除此之外，臨床上不主張用單野照射第33頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一X（γ）射線射野設計原理共面射野1.兩野交角照射偏體位一側病變（如上頜竇癌）楔形濾過板α=90°-θ/2內野第34頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一適當增減楔形角的大小，可分別在射野遠、近端得到偏高的劑量30°楔形板60°楔形板第35頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一X（γ）射線射野設計原理當靶區(qū)所在部位有組織缺損，必須加楔形板共面射野2.兩野對穿照射（兩射野中心軸的交角θ=180°）中位病變第36頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一3.共面四野照射——兩對對穿野正交治療增益比≈兩野對穿技術的兩倍第37頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一X（γ）射線射野設計原理共面射野4.三野照射靶區(qū)位于體位中心而不能使用兩野交角照射兩野對穿照射因不能得到較高的射線劑量靶區(qū)附近有重要器官而不能用四野照射技術腹部腫瘤如胰腺、腹膜后等病變用的最多第38頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一三野技術中射野方向的設置在病變（靶區(qū)）和重要器官之間設立“安全線”（如A—A’）過靶區(qū)中心作“安全線”的平行線B—B’（對穿野的方向）過靶區(qū)中心作B—B’的垂直線OC，確定第三野的入射方向確定對穿野應使用的楔形板的楔形角、三野的劑量配比第39頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一X（γ）射線射野設計原理共面射野5.

三野交角照射：如食管腫瘤第40頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一X（γ）射線射野設計原理共面射野6.旋轉照射單野通過靶區(qū)中心繞患者旋轉一定范圍皮膚劑量小，靶區(qū)劑量高，靶區(qū)外劑量下降快第41頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一相鄰野設計射野相鄰，會導致射野相接后超劑量或欠劑量射野交接處得到均勻劑量分布的方法：兩相鄰射野彼此向外傾斜兩相鄰射野在皮膚隔開半野擋塊Or獨立準直器特殊楔形擋塊第42頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一不對稱射野不對稱射野：射野中心軸偏離線束中心軸的射野如：靶區(qū)中段每次給200cGy靶區(qū)上、下段每次給300cGy第43頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一劑量（靶區(qū)劑量、正常組織耐受劑量）的相關規(guī)定、說明如何提高增益比？放射源照射技術射野設計時間劑量因子：分次數、次間隔、分次劑量、總療程時間第44頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一細胞存活理論線性標尺的細胞存活曲線細胞存活分數在一定劑量范圍內呈現指數殺滅特征第45頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一基本概念早（急性）反應組織：照射后損傷出現早或增殖快的組織如皮膚、黏膜、骨髓、精原細胞等大部分腫瘤組織屬于早反應組織晚反應組織：損傷在照射開始后很長時間才表達或增殖慢的組織如肺、腎、脊髓、腦等第46頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一線性二次(L-Q)模型線性二次模型（linearquadraticmodel,簡稱L-Q模型），對放射治療的分割、特別是精確放療中“減時增量”提供了計算依據。注意：該方法不能完全替代臨床的經驗和判斷。第47頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一線性二次(L-Q)模型

線性二次模型：如果一個DNA分子的兩個鏈或一個染色體的兩個臂同時受損時，細胞才被殺滅?？梢允菃蝹€電離粒子作用的結果也可以是兩個不同電離粒子協同作用的結果單個電離粒子作用事件的概率正比于照射劑量：S：細胞照射后的存活分數；

α：單位劑量的單個粒子使細胞直接滅殺的平均概率，代表不可修復的放射損傷；

D：單次照射的劑量第48頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一兩個電離粒子的協同作用致成的放射損傷的平均概率正比于受照劑量的平方：β為單位劑量平方的兩個粒子使細胞殺滅的平均概率線性二次(L-Q)模型兩個可能事件的總效果稱為L-Q模型一次劑量D照射后的存活率：第49頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一線性二次(L-Q)模型α損傷——不可修復的損傷β損傷——可修復的損傷當兩類損傷的效應相等時，即：稱為L-Q模型參數，代表了細胞存活曲線的曲度，以及細胞對亞致死損傷的修復能力。α/β比值代表組織損傷的特征劑量:第50頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一交點劑量：為了控制腫瘤，劑量必須大于交點劑量。高于D交，晚反應組織的損傷>腫瘤組織解決辦法：分次照射；立體定向治療或調強治療或質子重離子治療第51頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一解決途徑——分次照射分次劑量越小，對晚反應組織保護越大常規(guī)分次照射的分次劑量應低于兩種曲線的交點劑量最佳分次劑量一般約為交點劑量的50%D交=2~5Gy，D最佳=1~2.5Gy×第52頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一解決途徑——立體定向治療或調強適形治療幾何保護因子交點劑量立體定向治療：f≈0.71，D交≈50Gy，最佳劑量≈

25Gy第53頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一解決途徑——質子放射治療

質子極高的速度進入人體，在體內與正常組織或細胞發(fā)生作用的機會極低，當到達癌細胞的特定部位時，速度突然降低并停止，釋放最大能量，產生Bragg峰（博拉格峰），將癌細胞殺死，同時有效地保護正常組織。由于質子治療具有穿透性能強、劑量分布好、局部劑量高、旁散射少、半影小等特征，尤其對于治療有重要組織器官包繞的腫瘤，顯示出較大的優(yōu)越性。適應癥比較廣泛，均有較好的療效。國外臨床治療數據表明，質子治療腫瘤有效率達到95%以上，五年存活率高達80%，被高能物理界和醫(yī)學界評估為療效最好、副作用最少的治療方法。

第54頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一解決途徑——質子放射治療山東淄博萬杰醫(yī)院博拉格質子治療中心世界第四、國內第一（唯一）第55頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一解決途徑——質子放射治療山東淄博萬杰醫(yī)院博拉格質子治療中心第56頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一小結劑量分次方式的影響因素“4R”（修復、細胞的增殖、細胞周期的再分布、腫瘤內乏氧細胞的再氧合）因素在早反應正常組織、腫瘤組織、晚反應正常組織中的相互作用射線種類照射技術（外照射、內照射、內外照射結合）第57頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一時間劑量因子實用型數學模型TDF（時間劑量因子）模型L-Q線性二次模型第58頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一TDF模型NSD為正常組織的總耐受劑量；

T/N為次間平均間隔時間（d）；d為分次劑量（cGy）；

N為達到總耐受劑量時應給的分次數體外照射時：第59頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一TDF模型短壽命同位素臨時插植治療時：λ為同位素的衰變常數；r0為插植時初始劑量率（cGy/h）短壽命同位素永久性插植治療時（T→∞）：長壽命同位素低劑量率連續(xù)照射時：T為插植時間（h）；r為劑量率（cGy/h）第60頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一TDF模型體外照射和近距離照射結合時：對療程間或內、外照射間的間斷休息，需要用衰減因子修正：T為某一療程的時間；G為該療程結束后，下一療程開始時的間隔

上述的TDF方程均為常量等式，不能反映組織本身的特征第61頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一L-Q線性二次模型生物等效劑量（BiologicallyEffectiveDose，BED）其中：第62頁，共69頁，2023年，2月20日，星期一L-Q線性二次模型近距離低劑量率連續(xù)照射時：