收稿日期: 2004-02-16 作者简介: 张红志 ( 1948-) ,男 ,贵州兴义人 ,中 国医学科 学院肿瘤医院研究员 ,从事肿瘤放射治疗物理学研究 .
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