近距离放射治疗.docx

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近距离放射治疗

近距离放射治疗

近距离放射治疗简史

1898年居里夫妇宣布发现了一种称为镭的放射性物质。

1901年物理学家Becquera在实验中意外受到镭的灼伤。

1903年由Goldberg等首先用镭盐管直接贴近皮肤表面治疗皮肤基底细胞癌，并取得了人们意想不到的疗效。

1913年镭首次用于宫颈癌的治疗。

1914年Failla收集了镭蜕变时释放的气体—氡，装入小型的容器中，植入瘤体做永久性植入，开始了组织间放射治疗。

1921年Sievert提出了点源、线源的剂量计算公式并一直延用至今。

由于近距离放疗时操作人员受量过大以及误认为外照射可以应付一切，使近距离放疗的应用受到一定的限制，主要只用于妇科肿瘤。

为了解决放射防护问题，自上世纪60年代初，在英国、瑞士……等国的几个医疗中心分别研制了“后装式”腔内放疗机，提出了后装技术。

上世纪80年代中期，应用程控步进马达驱动高活度微型放射源，辅以严谨的安全连锁系统的计算机控制后装机的出现，使近距离放疗技术得以迅速发展，扩展至全身多种肿瘤的治疗，它与外照射配合，体现了放疗发展的新趋势。

近距离放射治疗定义

      近距离放疗是指将封闭的放射源直接放置在人体内或体表需要治疗的部位进行放射治疗。

近距离放疗的特点

放射源的强度较小，有效治疗距离短，射线能量大部分被组织吸收。

剂量分布遵循平方反比定律，它是近距离放射治疗剂量学最基本最重要的特点，即放射源周围的剂量分布，是按照与放射源之间距离的平方而下降。

在近距离照射条件下，平方反比定律是影响放射源周围剂量分布的主要因素，基本不受辐射能量的影响。

因此在治疗范围内，剂量不可能均匀，近源处剂量高，随距离增加剂量快速下降。

剂量率效应：

根据参考点剂量率划分为低剂量率、中剂量率（4~12Gy/h）和高剂量率。

放射源

近距离放射治疗使用放射性同位素源，除镭-226外，均为人工合成放射性同位素。

镭-226是天然放射性同位素，半衰期为1590年，先衰变为放射性气体氡，后者在衰变为稳定的同位素铅。

在衰变过程中释放出α、β、γ三种射线。

临床应用的是它的硫酸盐，装在各种形状的铂铱合金封套内，铂铱合金封套具有封闭氡气及滤去α和β射线的作用。

镭的γ射线能谱复杂，平均能量为0.83MeV，具有很强的穿透力，但由于镭的获得困难，实际应用的镭量很少，放射性活度低，只能做近距离照射。

用镭作为放射源，在防护方面有四大缺点：

①镭的射线能谱复杂，最高能量达3.8MeV，需要较厚的防护层；②半衰期长，不易保管，若遇战争或其他意外，可造成局部地区严重的放射污染；③其衰变过程中产生放射性氡气，若铂铱封套破损，氡气逸出，则会造成环境污染；④镭的生物半衰期短，体内停留时间长。

因此目前已被钴-60、铯-137、铱-192等人工合成放射性同位素取代。

放射源

铯-137 人工放射性同位素，其γ射线的能谱是单能，为0.62MeV，半衰期33年，同等镭当量的铯-137和镭具有类似的剂量分布，是取代镭最好的同位素。

目前铯-137的化学提纯还存在两个问题：

一是放射比度（单位体积的放射性强度）不可能做得太高。

二是提纯过程中混有铯-134同位素。

钴-60 人工放射性同位素，半衰期5.24年，衰变过程中释放能量为0.31MeV的β射线及能量为1.17MeV和1.33MeV的γ射线。

其β射线能量低，易于被容器吸收，γ射线的平均能量为1.25MeV，作为腔内放射源比铯-137差。

铱-192 也是人工放射性同位素，半衰期74.2天，铱-192能量谱复杂，γ射线的平均能量为360keV。

铱-192具有较高的放射比度，直径0.5mm，长3.5mm的铱丝其放射源强度可达10-12Ci，可制成微型放射源。

目前世界各地大部分医院使用的是铱-192放射源的高剂量率后装机。

近距离放射源涉及的物理量及单位

衰变常数（λ）：

表示单位时间内每个原子核衰变的概率，其数值大小因核素而异，值越大，衰变越快。

放射性活度（A）：

定义为放射源在某时刻的衰变率。

活度的国际单位制单位是贝克勒尔（Bq），此前的单位是居里（Ci）。

1Ci=3.7×1010Bq

1Bq=2.7×10-11Ci

密封源的外观活度（Aapp）：

定义为同种核素、理想点源的活度，它在空气介质中、同一参考点位置上将产生与实际的有壳密封源完全相同的照射量率。

近距离放疗的剂量学系统：

妇科腔内放疗剂量学系统

组织间插植放疗剂量系统

管内照射剂量学

妇科腔内放疗剂量学系统

经典妇瘤（宫颈癌）剂量学系统

ICRU38#报告建议

妇科腔内放疗剂量学系统

     从治疗方式和施源器的不同物理特点（包括源的强度、几何分布和剂量计算方法等），妇科腔内放疗的经典方法基本分为三大剂量学系统，即斯德哥尔摩系统、巴黎系统和曼彻斯特系统。

斯德哥尔摩系统：

使用较高强度放射源分次照射。

宫腔源强度约为53~88mgRa，阴道容器为平的或弯曲的源盒，总强度约为60~80mgRa，每次治疗时间27~30小时，共照射2~3次，间隔约3周。

 巴黎系统：

使用低强度放射源连续照射。

宫腔源强度约10~16mgRa，阴道使用三个独立的源容器，一个在宫颈口，另两个分别紧贴两侧的阴道穹隆。

所有源的总强度约为40~70mgRa，总治疗时间为6~8天。

     以上两个系统的剂量计算以mgRa·h为单位，即放射源的总强度（毫克镭当量）与治疗的总时间（小时）的乘积。

 曼彻斯特系统：

是基于巴黎系统发展起来的，使用中等强度放射源，阴道容器改为两个卵圆形容器，宫腔源强度为20~35mgRa，每个阴道源强度各15~25mgRa。

该系统提出了A点、B点为剂量参照点，剂量计算改用照射量（伦琴）来描述。

A点位于侧穹隆上方2cm，子宫中轴旁开2cm的交点处，临床上相当于子宫动脉与输尿管交叉点，是宫颈癌腔内放疗的计算点，代表正常组织所接受剂量；B点位于A点同一水平，在A点外侧3cm，临床上相当于闭孔淋巴结区域，代表盆腔淋巴结受量。

其治疗方式为分两次照射，每次约72小时，间隔一周，总治疗时间约140小时，A点剂量为8000R。

至今，A、B点概念仍为世界各国的许多医疗中心所广泛应用。

ICRU38#报告建议

           1985年ICRU发布了第38号报告，力图使宫颈癌放射治疗记录标准化。

报告建议腔内照射的剂量学模式，除像外照射那样定义靶区、治疗区、照射区、危及器官等以外，还要定义参考体积。

参考体积定义为参考等剂量线面所包括的范围，从高度（dh）、宽度（dw）、厚度（dt）三个方向予以描述。

参考等剂量线面定义为处方剂量所在的等剂量线面。

当内外照射合并应用时，应分别予以描述。

同时还要给出相对重要器官的参考点剂量和盆腔淋巴引流区参考点剂量。

组织间插植放疗剂量系统

 巴黎系统（PDS）：

始于上世纪60年代，是依据铱-192线状放射源的物理特性所建立的，因其正确处理了既要求剂量分布均匀，又兼顾正常组织受量在耐受限量内的矛盾，故在组织间照射中应用最为广泛。

巴黎系统具有严格的布源规则。

巴黎系统的布源规则：

要求植入的放射源均为直线源。

现代近距离放射治疗使用的是微型放射源，若以相同的驻留位置、相同的驻留时间，以步进或步退方式逐点进行，当步长小于源活性长度1.5倍时，可较好地模拟线源。

各源之间相互平行，各源等分中心近于同一平面，各源相互等间距，排布呈正方形或等边三角形。

各源的线性活度均匀且等值。

放射源与过中心点的平面垂直。

临床上根据靶区的大小，按照巴黎系统布源规则，决定使用放射源的数目和排列方式，似的使得一特定剂量的等剂量曲线包括整个临床靶区。

源尺寸与布局随靶区大小的对应关系：

线源活性长度AL应比靶区长度L长20%。

源间距S在保持平行度的前提下，允许范围为5~20mm，否则剂量梯度变化大，源周围组织易发生坏死。

当靶区厚度T≤12mm时，使用单平面插植，S≈T/0.6；T>12mm，使用多平面插植，多数使用双平面插植，若按等边三角形布源，S≈T/1.2，按正方形布源，S≈T/1.5~1.55。

靶区宽度W（单平面插植）要比两外缘放射源之间的距离各宽出0.37倍S值。

基准剂量率（basicdoserate,BD）和参考剂量率（referencedoserate,RD）：

巴黎系统以中心平面各源之间的最小值做基准剂量率。

单平面插植基准点选在两源连线的中点，正方形布源选在四边形对角线交点，三角形布源选在各边中垂线交点。

参考剂量率RD=0.85BD。

  步进源剂量学系统（SSDS）：

随着后装技术的进步，由计算机控制的微型放射源以步进的方式模拟线源使用，其剂量计算方法，基本使用的是一种对步进源每一驻留位的驻留时间、经优化算法处理的步进源剂量学系统。

以步进源代替线源行组织间插植治疗时，基本设想是相对增加源在插植区边缘驻留位的驻留时间、减少中心部位的驻留时间，以使得步进源的驻留点保留在临床靶区内。

该系统是在巴黎系统的基础上发展和建立起来的，因此仍要严格按照巴黎系统的布源规则，仅在选择放射源长度方面有所不同，放射源驻留长度要略短于靶区长度，AL=L-10mm。

通过优化计算，基准点剂量率与参考剂量率的关系仍维持RD=0.85BD。

 ICRU58#报告建议：

1997年ICRU发布的58#报告在保持与外照射使用术语和概念一致性的同时，强调并明确了组织间照射的一些特殊要求，以期规范不同放疗中心对组织间照射的描述，便于在技术上相互理解和交流。

    治疗技术的描述：

组织间照射可分为暂时性插植和永久性插植。

根据放射源的排列方式，可分为单平面插植、双平面插植、多平面插植，以及直接用插植的几何形状等予以描述。

    靶区的描述：

组织间照射需要明确肿瘤区（GTV）、临床靶区（CTV）和治疗区（TV），对计划靶区则少有重视。

剂量模式：

最小靶剂量（MTD）：

是临床靶区内所接受的最小剂量，一般位于临床靶区的周边范围。

在巴黎系统中，MTD即为参考剂量RD。

平均中心剂量（MCD）：

是中心平面内相邻放射源之间最小剂量的算术平均值。

高剂量区：

为150%平均中心剂量曲线所包括的最大体积。

低剂量区：

在临床靶区内，由90%处方剂量曲线所包括的最大体积。

最小剂量离散度：

在中心平面、放射源之间每一最小剂量相对于平均中心剂量的变化。

剂量均匀性指数：

定义为最小靶剂量与平均中心剂量的比值。

   时间—剂量模式：

照射时间：

放射源对患者直接照射的时间。

总治疗时间：

从第一次照射开始，到最后一次照射结束的总时间。

瞬时剂量率：

指在分次照射或脉冲式照射时，剂量与照射时间的比值。

治疗平均剂量率：

总剂量与总时间的比值，这一概念主要用于没有或仅有短暂中断的连续低剂量率照射和一些脉冲式照射。

   放射源的描述：

包括核素及滤过壳层结构、源类型（如丝源、子粒源、串源等）、源的几何尺寸、源的参考空气比释动能率、源强分布等。

管内照射剂量学

    管内照射是指将放射源直接放入人体天然管道如食管、直肠等部位进行治疗。

管内照射多为单管照射，剂量参考点设在粘膜下一定深度（一般为5~10mm）或距离放射源10~20mm处，参考点剂量率为RD，即最小靶剂量，超剂量区（HD）为接受剂量≥2RD的范围。

当放射源到参考点的距离为0.3~4cm时，超剂量区的半径与放射源到参考点的距离的比值为0.5~0.7，临床应用中常取近似值0.6，由此而引起的误差小于±1mm。

    管内照射选用的施源器，用于固定放射源并撑起照射部位的管壁，因此施源器半径的大小直接影响剂量参考点的选择。

理想的剂量分布应是临床靶区位于RD与HD之间，否则可能会因靶区剂量不足而致肿瘤未控或复发，或因正常组织位于超剂量区内而致严重损伤。

后装技术

    所谓后装技术就是把空载源容器（硬管状、软管状或针状）放置在合适的位置，然后在有防护屏蔽的条件下利用机械控制的方法将放射源输入源容器进行放疗的技术。

后装技术的优点

明显减低了医务人员所受的放射性照射；

由于放置施源器时不受时间限制，医生可以根据需要精细地进行摆位和固定，进一步提高了医疗质量；

由于有很好的防护屏蔽的条件，放射源的强度可以大大提高，可达十居里左右，明显缩短了每次的治疗时间，减轻了病人的痛苦。

后装机的种类

按放射源在治疗时的传送方式，可分为手动后装和遥控后装。

按放射源在治疗时的运动状态可分为固定式、步进式、摆动式等。

按剂量率的划分，可分为低剂量率（<2～4Gy/h）、中剂量率（4～12Gy/h）和高剂量率（>12Gy/h）。

但应着重指出的是高剂量率和低剂量率之间的生物效应还不十分清楚，高剂量率每次照射剂量及总剂量均应少于低剂量率，以避免不必要的正常组织损伤。

现代近距离放疗的特点

使用高强度微型Ir-192放射源，使源容器（特别是针状容器）可以更细小，病人损伤小，可以达到治疗全身多个部位肿瘤。

程控步进/步退电机驱动，可以任意控制放射源的驻留位置和驻留时间，以实现理想的剂量分布。

二维/三维治疗计划系统，配合影像资料的输入，加速了治疗计划的设计和优化，以实现治疗计划的个体化。

严谨的安全连锁系统，使病人能按治疗计划得到精确的治疗，同时也保证了医务人员的安全。

现代近距离放疗的几种形式

腔内、管内放疗：

是利用人体自身的体腔（如鼻腔、鼻咽、食管、气管、阴道、子宫、直肠等）放置施源器进行放疗的一种方法。

组织间插植放疗：

是将针状施源器植入瘤体内进行治疗的一种方法。

一般适用于较接近体表的肿瘤如：

舌癌、口底癌、乳腺癌、胸膜间皮瘤、前列腺癌、外阴癌、宫颈癌等。

术中置管术后放疗：

是一种外科手术与放疗联合治疗的手段，旨在对胸、腹、盆腔和颅脑内的各种复发、残留肿瘤作辅助性放疗的一种方法。

模照射：

是将施源器直接贴在肿瘤表面进行放疗的一种方法。

主要适用于解剖结构复杂的部位的表浅肿瘤，如软硬腭癌、牙龈癌、口颊癌、表浅皮肤癌等。

现代近距离放疗的基本步骤

医生根据靶区的情况，将空载施源器放置在合适的位置并固定。

在施源器内置入定位缆并拍摄Ｘ光片（可用模拟定位机或模拟定位箱两种方法）或进行CT/MRI扫描。

制定放疗计划

       1.施源器及放射源在三维空间坐标的确定；

       2.医生根据病灶情况，给出参考点距离、处方剂量，计算机可根据上述参数进行优化处理后，自动给出各驻留点的驻留时间。

          剂量优化（doseoptimization）：

利用一些数学算法，根据临床对靶体积剂量分布的要求，设计和调整放射源的配置（位置和/或强度），使得剂量分布最大限度的满足临床要求。

这一方法借助于计算机技术的发展，特别在计算机控制的步进源后装照射技术中得到应用。

目前采用的剂量优化主要是基于施源器的剂量优化技术。

治疗计划的实施：

将病人送入治疗室，用相匹配的传导管或施源器接头将施源器与治疗机连接好，关闭治疗室门，在控制室利用计算机的治疗控制程序执行制定好的治疗计划。

在多管治疗时要注意施源器的排列顺序，必须与治疗计划中施源器的排列顺序相一致。

治疗计划保存

标准程序：

在很多情况下，疾病的性质、类型、病人的解剖情况相同，此时治疗原则和方案是相同的，若使用标准程序，可提高机器使用率，也节省了病人的费用。

附：

现代近距离治疗的特点（第4版肿瘤放射治疗学）：

a、后装；b、单一高活度的放射源，源运动由微机控制的步进马达驱动；c、放射源微型化；d、剂量分布由计算机进行计算