放射性粒子植入治疗技术-物理学基础.ppt

放射性粒子植入治疗肿瘤,物理学基础,杨瑞杰 博士,副研究员,ruijyang@,北京大学第三医院,,粒子植入中的物理学工作,•••••,项目与技术流程的建立计划系统验收和试运行剂量计算和计划设计技术设备质量保证……,,内,容,• 放射性粒子永久性植入的特点• 一般临床特点• 临床物理、剂量学特点• 几个临床物理学问题,• • • • •,剂量学中的几个基本概念粒子活度选择治疗计划概述剂量处方、报告和评价布源方式,,外照射放疗• 分次照射（～次）• 治疗时间长（～6周）• 场地、设备要求高• 价格昂贵• 电子机械故障导致停机,粒子植入• 一次性植入• 1-2天的住院或门诊治疗• 场地、设备要求相对较低• 相对便宜• 没有停机问题,一般临床特点,,• 中短半衰期核素,• 低能、高线性能量传递（LET）,• 剂量分布特性,• 剂量率特性,• 超低剂量率,• 指数衰减的剂量率,物理、剂量学特点,同位素,（天）,半衰期 常用活度,（mCi）,90%能量,（天）,Cs-131I-125Pd-103,9.759.417.0,1.1-1.70.3-0.81.1-1.7,3319758,粒子植入常用的放射性核素,,• 中短半衰期,• 低能、高线性能量传递（LET）,• 剂量分布特性,• 剂量率特性,• 超低剂量率,• 指数衰减的剂量率,物理、剂量学特点,同位素Cs-131I-125Pd-103,光子平均能量（keV）30.428.520.8,半价层（mm铅）稍高于I-1250.025(2cm组织)0.008,粒子植入常用的放射性核素,北医三院,北京 ,Dose rate effect,,,,,,,,• 低OER、高RBE,粒子植入的生物学特点,• Radiation sensitivity • Recovery,• Redistribution • Repopulation • Reoxygenation,• Irradiated volume,,• 中短半衰期,• 低能、高线性能量传递（LET）,• 剂量分布特性,• 剂量率特性,• 超低剂量率,• 指数衰减的剂量率,物理、剂量学特点,,,粒子植入典型的剂量分布,I-125,外照射,,粒子植入的剂量分布特性,外照射放疗• 靶区内剂量均匀• 正常组织接受中低剂量照射 （SRS/SRT，IMRT）• 对患者和器官运动敏感• 受分次摆位误差影响大,粒子植入• 靶区内剂量相对不均匀• 靶区外剂量迅速跌落• 对患者和器官运动不敏感• 对单个粒子植入误差相对不敏感,,剂量均匀性临床和实践意义• 靶区内剂量不均匀性,••,导致局控失败或坏死（Simon et al 1993）对肿瘤控制意义尚不清楚,• 靶区和正常组织移行区剂量不均匀性• 有利于正常组织的保护,•,对肿瘤控制的意义有待研究,• 剂量体积处方和约束• 粒子活度、布源方式,,• 中短半衰期,• 低能、高线性能量传递（LET）,• 剂量分布特性,• 剂量率特性,• 超低剂量率,• 指数衰减的剂量率,物理、剂量学特点,,•••,高剂量率 >12 Gy/h中剂量率 4~12 Gy/h低剂量率 2~4 Gy/h,•,125I,0.07 Gy/h,•,103Pd,0.20 Gy/h,超低剂量率,,几个临床物理学问题• 低OER、高RBE• 剂量学中的几个基本概念• 粒子和活度选择• 治疗计划概述,•,剂量处方、报告和评价,• 布源方式,,• 低OER、高RBE,剂量学中的几个基本概念,• 放射性核素和放射性粒子• 能量、活度和强度,• 剂量率、剂量和累积剂量• 生物等效剂量,,粒子植入常用的放射性粒子,,• 低OER、高RBE,剂量学中的几个基本概念,• 放射性核素和放射性粒子• 能量、活度和强度,• 剂量率、剂量和累积剂量• 生物等效剂量,,• 显活度(Aapp, 单位mCi),• 与给定包裹源具有相同Kerma非滤过点源活度,• 空气比释动能强度(Sk单位U),• 1 U = 1 cGy cm2 h-1,• 空气比释动能和显活度间的关系,• 0.876X1.45=1.27 U/mCi (125I) ,,• 1.29 U/mCi (103Pd), 0.638 U/mCi (131Cs),S k / Aapp  ( ) x [W / e],粒子活度和强度,,几个临床物理学问题• 低OER、高RBE• 剂量学中的几个基本概念• 粒子活度选择• 治疗计划概述,•,剂量处方、报告和评价,• 布源方式,,粒子活度选择• 低OER、高RBE,•••••,半衰期射线能量靶区和危及器官几何关系粒子间距和剂量均匀性粒子数目和时间、经济成本,,粒子活度的剂量学效应相同处方剂量，粒子活度增加,••••,粒子数、植入针数下降手动计划设计难度增加均匀性、危及器官保护计划优化活度选择范围可以扩大些,,• 低OER、高RBE,粒子活度选择－示例,• 前列腺癌：0.4 mCi（ 0.3-0.7 mCi ）• 胰腺癌： 0.5 mCi,• 头颈部肿瘤：0.7-0.9 mCi• 直肠、妇科复发肿瘤• 肺癌,,几个临床物理学问题• 低OER、高RBE• 剂量学中的几个基本概念• 粒子和活度选择• 治疗计划概述,••,布源方式剂量处方、报告和评价,,治疗计划目的和意义• 低OER、高RBE,•••••,指导订购粒子指导术中植入剂量学评价技术项目评价和改进临床剂量体积效应评价与分析,,治疗计划• 低OER、高RBE,•,计划方式,••,手工计算和经验公式(Nomograph)计算机化的计划设计,••,模拟计划和实际计划技术项目流程（术前、术中和术后）,,术前计划和术中计划,•••,• 低OER、高RBE术前计划指导订购粒子和术中植入术中计划指导术中植入和剂量学评价必须做术前计划,•,不做术中计划,•,可以不做术前计划,•,做术中计划,,术后计划• 低OER、高RBE,•,剂量学评价和项目改进,••,术前、术中剂量体积处方和约束术后剂量学验证,•,必要性和时机选择,••,前列腺癌非前列腺癌,,几个临床物理学问题• 低OER、高RBE• 剂量学中的几个基本概念• 粒子和活度选择• 治疗计划概述,••,布源方式剂量处方、报告和评价,,布源方式• 低OER、高RBE 目的和评价方式,•••,理想的剂量分布横断面剂量分布图剂量体积直方图,限制条件,•••,靶区和危及器官几何位置关系处方剂量和耐受剂量影像引导和穿刺、植入技术的限制,,布源方式• 低OER、高RBE现实选择,••,均匀布源计划优化,ABS推荐的前列腺的布源方式,••••,改进的均匀植入改进的周围植入计划优化逆向计划,,• 低OER、高RBE,几个临床物理学问题,• 剂量学中的几个基本概念• 粒子和活度选择• 治疗计划概述• 布源方式,• 剂量处方、报告和评价,,剂量处方报告和评价的意义• 低OER、高RBE,•• ••,指导计划设计和术中植入技术项目评价和改进技术推广与规范化临床剂量体积效应研究,,近距离治疗剂量学目的• 低OER、高RBE,••••,给予靶区尽可能高的最低剂量每个放射源周围高剂量区范围尽可能小，避免过度坏死尽量控制剂量不均匀性避免冷点、限制热点,,• 低OER、高RBE,近距离治疗剂量学原则,• 靶区表面产生均匀剂量,• 限制靶区内超高剂量区范围• 靶区外剂量迅速跌落,,剂量处方• 低OER、高RBE,• 剂量分布特点及其临床意义,• 剂量处方在包含靶体积的等剂量面上,• 处方剂量通常以计划达到的靶区最低剂量表示,• 粒子植入中通常使用mPD,(minimum peripheral dose),,• 低OER、高RBE,• mPD (minimum peripheral dose),• D100,mPD,MPD (matched peripheral dose)，目前很少使用,,• 低OER、高RBE,剂量处方内容和适用范围,内容,• 靶区和危及器官定义• 靶区剂量体积处方,• 危及器官的剂量体积约束,适用范围,• 术前和术中计划,,剂量处方示例－前列腺癌• 低OER、高RBE,•••,Pd-103 90-100 Gy mPDI-125 100-110 Gy mPDCs-131 85 Gy mPD,• 单纯粒子植入,••,Pd-103 125 Gy mPDI-125 145 Gy mPD,• Cs-131 115 Gy mPD,,• 低OER、高RBE,剂量报告与评价,• 靶区和危及器官定义,• 靶区和危及器官剂量体积分布• 影像引导和植入方式（流程）• 粒子的描述,• 核素种类、粒子类型• 活度,,• 低OER、高RBE,靶区和危及器官剂量体积分布,• 横断面剂量分布图• 剂量体积直方图,术中、术后计划,• 前列腺癌,• 非前列腺癌,,• 低OER、高RBE,植入方式,• 植入流程• 计划方式• 布源方式,,• 低OER、高RBE,剂量学报告与评价示例,前列腺癌推荐的术后剂量学评价参数,• 前列腺剂量V100, V150, V200, D90,• 尿道剂量UV125, UV150, UD50, UD30, UD5• 直肠剂量RV100,Pro-Qura: University of Washington, Seattle, community-based,,,直肠剂量效应关系,•••••,放射性直肠炎9%, 植入时R100小于1.00cc时2%术后验证R100小于1.30cc 5年2级直肠炎5%, 大于1.30cc，18%术中R100 <0.5 cc, 直肠漏小于３%，建议可以进一步限制R50水肿影响, 术后验证时直肠表面剂量大于植入时50%直肠晚期并发症和MPD、粒子活度和总活度没有关系,• • •,Herstein 2005, Snyder 2001 Mayadev 2007, Taussky D 2006 Wallner 1995,,小,结,• 临床、物理、剂量学特点• 基本概念、基本知识• 基本理论与实践结合• 临床物理学问题• 剂量处方、报告和评价• 剂量学概念、治疗计划,,0.51.01.5,Take home message距离（cm） 剂量（Gy）,8020101 U (0.8mCi) 125 I 6711,,,,,。