自适应近距离放疗的治疗计划设计-赵红福

赵红福,/,程光惠,吉林大学中日联谊医院,自适应近距离放疗的治疗计划设计,中华医学会放射肿瘤治疗学分会近距离治疗学组,2019,年会,概 要,了解近距离治疗,近距离治疗计划设计与优化,宫颈癌自适应近距离放射治疗,展望,近放射源处剂量很高，靶区边缘剂量比靶区内部剂量低，紧邻放射源的剂量高达边缘剂量的,2-3,倍，有研究表明，,GTV,通常受到,CTV,边缘剂量的,146%,（,108%-273%,）。,EBRT,BT,剂量均匀性和时间,-,剂量模式,了解近距离治疗,照射范围内的剂量不均匀,时间剂量模式不同,后装机和放射源,半衰期：,73.8,天,能量：,0.38MeV,初始源强：,10Ci,mHDR-v2,Flexisource,MicroSelectron HDR,后装机,Flexitron HDR,后装机,192,Ir,60,Co ,了解近距离治疗,r,：计算点到源中心的距离；,q,：计算点与源中心连线与源轴的夹角；,：,是几何函数。,吸收剂量计算 （,AAPM TG43,）,剂量率常数,总参考空气比释动能率,参考点,各向异性函数,径向函数,了解近距离治疗,吸收剂量计算 （,AAPM TG186,）,了解近距离治疗,2012,年,AAPM,发布了基于模型的剂量计算算法的,TG 186,号报告，其摒弃了单纯水的模体，建立了采用非水介质中辐射传输模型，可以更精确地重建实际传递给患者的剂量分布。,基于,TG43,号报告的近距离治疗剂量计算是以纯水的剂量分布进行叠加的。,没有考虑组织的不均匀性的影响。,没有考虑施源器的材料的影响。,概 要,了解近距离治疗,近距离治疗计划设计与优化,宫颈癌自适应近距离放射治疗,展望,治疗计划设计与优化,2018.6.23,西安,2018.9.21,福州,2019.1.12,苏州,2019.1.12,苏州,高剂量率近距离治疗质量控制指南,治疗计划设计,影像定位,器官勾画,计划评估,实施治疗,预计划与施源器植入,QA/QC,治疗计划设计与优化,研究结果表明对于中小体积肿瘤的,CTV,HR,D,90,的剂量大于,85Gy EQD,2,能获得超过,90%,的,3,年局控。,从图像引导自适应放疗的证据看，,CTV,HR,D,90,的,EQD,2,总剂量达到,90Gy,（外照射与近距离治疗大约各贡献一半,),可以得到一个良好的局部控制。,【1】DOI:10.1016/j.radonc.2014.11.045 【2】DOI:10.1016/j.radonc.2016.05.014,Local Control = -0.0063 OTT + 1.1869,8Weeks 7weeks,内外照射分配与时间表,治疗计划设计与优化,预计划,治疗计划设计与优化,施源器的选择,治疗计划设计与优化,3D,打印多通道施源器,治疗计划设计与优化,施源器的植入,治疗计划设计与优化,三维影像获取,治疗计划设计与优化,环形施源器（宫腔管,）,offset -11mm,施源器,的偏移量,offset,治疗计划设计与优化,Berger D. Radiotherapy & Oncology, 2009, 93(2):347-351.,Hellebust T P. Radiotherapy & Oncology, 2010, 96(2):153-160.,施源器重建,治疗计划设计与优化,施源器重建,(,施源器库,),治疗计划设计与优化,标准载源模式来源,宫腔管,20-35mgRa,，每个阴道卵圆体,15-25mgRa,。阴道源与宫腔源比值为,0.86-2.5,。,宫腔管单个线源活度,10-15mgRa,，阴道源总活度与宫腔源纵活度比值为,0.66-1.5,，通常情况下为,1,。,宫腔管内装源量,53-88mgRa,，阴道装源量一般为,60-80mgRa,。阴道源与宫腔源比值为,0.68-1.5,。,曼彻斯特系统,巴黎系统,斯德哥尔摩系统,治疗计划设计与优化,Richard Potter. et al. Cancer Radiother 2000;4:15972,Kirisits et al. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, 2005, 62(3):901-911.,标准载源模式（环形）,治疗计划设计与优化,标准载源模式（乌德勒支）,治疗计划设计与优化,计划,优化原理,治疗计划设计与优化,标准载源模式（腔内,+,插植）,Kirisits C, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, 2006, 65(2): 624-630.,治疗计划设计与优化,标准载源模式,DOI:10.1016/j.radonc.2009.10.011,治疗计划设计与优化,标准载源模式,(,降低阴道剂量,),DOI:/10.1016/j.radonc.2016.05.020,治疗计划设计与优化,手动优化,治疗计划设计与优化,图形,优化,治疗计划设计与优化,图形,优化,一次优化,多次迭代优化,治疗计划设计与优化,IPSA,、,HIPO,逆向,优化,1,）由于,DVH,缺乏剂量的位置信息，,DVH,参数满足优化条件时，等剂量曲线分布未必符合预期；,2,）逆向优化仅能考虑能准确勾画，且剂量限值明确的,OARs,，对于不能准确勾画或能准确勾画但无明确剂量限值的,OARs,无法进行有效约束，可能会在未勾画的正常组织区域出现非预期的高剂量；,3,）优化结果可能偏离基本的倒梨形剂量分布；,4,）插植针驻留时间可能过大，不能保证大部分剂量来源于腔内施源器。,治疗计划设计与优化,标准计划,：适形度差，没有剂量优化。,手工优化,：驻留时间权重优化方法，较为保守，依赖于计划者的经验。,图形优化：,优化速度快，直观，要注意,在某一单层图像上的等剂量曲线修改，会在临近层面和与其相垂直的层面产生非预期的等剂量曲线改变。,逆向优化,：快速，但是需要勾画的器官较多，同时也需要注意驻留时间，未勾画的区域可能出现剂量热点。优化结果是否严重偏离传统倒梨形剂量曲线，治疗实施前需仔细审核确认。,计划,优化小结,治疗计划设计与优化,巴黎系统,Paris Dosimetry system,二十世纪,60,年代，由,A. Dutreix, D. Chassagne, B. Pierquin,等人，总结了,Ir-192,线源的插植近距离治疗技术，发展成为巴黎系统。,源应为直线，且相互平行；,源之间应为等间距的；,源中心平面应与每个源垂直；,线源应长度相同；,源彼此均匀等间距分开，对于小的治疗体积，最小的间距可取,5mm,；对于较大的治疗体积，最大的间距可取,20mm,。,对于多平面插植，中心平面的源分布应为等边三角形或正方形。,治疗计划设计与优化,源分布与靶区的关系,单平面插植,双平面插植,长度以凹陷的最短距离计算,源的有效长度每一端应比靶体积长,20-30%,，以弥补两端凹陷。发卡插植针只增加一侧。,长度,巴黎系统,Paris Dosimetry system,治疗计划设计与优化,单平面插植,双平面插植,厚度,t,应比靶体积大约,10%,，因为中心平面处的厚度比其余部分大。,单平面插植：,厚度,t,取决于源的间距，一般情况下，,t,约为间距的,50%,，与源的长度和数量有关：,2,根源长,2cm,，取值为,50%,；,6,根源长,10cm,，取值为,60%,。,双平面三角形插植：,120%,；,双平面正方形插植：,150%,。,厚度,长度以凹陷的最短距离计算,巴黎系统,Paris Dosimetry system,治疗计划设计与优化,源分布与靶区的关系,单平面插植,双平面插植,侧向边界,宽度每侧加间距的,37%,。,宽度按照每层独自考虑其宽度,宽度,双平面三角形插植：,15%,；,双平面正方形插植：,28%,。,巴黎系统,Paris Dosimetry system,治疗计划设计与优化,源分布与靶区的关系,HDR,LDR,前列腺癌插植模板,治疗计划设计与优化,MUPIT,模板,Martinez Universal Perineal Interstitial Template,(MUPIT) Applicator Set,马丁内兹会阴插植通用模板,不适用于核磁扫描。,适用于会阴，直肠，阴道。,治疗计划设计与优化,适用于核磁扫描。,适用于乳腺插植。,采用轻质材质制作。,根据巴黎剂量系统设计，可方便保证剂量覆盖和一定的剂量均匀性。,Breast CT/MR Template Set,乳腺插植模板,治疗计划设计与优化,乳腺插植模板,Kuske Breast Applicator Set,Kuske,乳腺模板,不适用于核磁扫描。,适用于乳腺插植。,采用轻质材质制作。,根据巴黎剂量系统设计，可方便保证剂量覆盖和一定的剂量均匀性。,治疗计划设计与优化,乳腺插植模板,乳腺插植模板,Rowland Adjustable Breast Template,(RABIT),罗兰可调节乳腺模板,不适用于核磁扫描。,适用于乳腺插植。,治疗计划设计与优化,3D,打印模板,可适用于核磁扫描。,可个体化设计，更符合患者情况。,适用于宫颈癌放疗后复发、阴道癌、外阴癌、直肠癌等。,3D printed Interstitial Template,3D,打印插植,模板,治疗计划设计与优化,1000cGy/4f,，每天,2,次，间隔,大于,6,小时,。,治疗计划设计与优化,前列腺癌插植近距离治疗,剂量分割（外照射,50 Gy,后）：,靶区剂量要求：,PTV=CTV V100,90%,处方剂量,膀胱：膀胱壁,80%100%,处方剂量 或者,V,75,1cc,尿道：最大点,110%125%,处方剂量,直肠：直肠壁,80%100%,处方剂量 或者,V,75,1cc,或,D1%,小于处方剂量,治疗计划设计与优化,乳腺癌,APBI,插植剂量要求,适应症,40,岁,肿,瘤,3 cm,（病理学证实）,腋,窝淋巴结阴性（前哨,/,腋窝清扫）,镜下,切缘阴性,浸,润性导管,/,小叶癌,单中心,/,单灶肿瘤,最新文献推荐的,APBI,适应症,（,Journal of Contemporary Brachytherapy,）,排除标准,年,龄,40,岁,肿,瘤,3 cm,腋,窝淋巴结转移,切,缘阳性,广泛的导管内成分,多中心,/,多灶肿瘤,阴道施源器,治疗计划设计与优化,食道癌管内近距离,治疗计划设计与优化,首要问题是解决患者的选择问题；,施源器的选择；,处方剂量点的选择。,概 要,了解近距离治疗,近距离治疗计划设计与优化,宫颈癌自适应近距离放射治疗,展望,自适应放射治疗概念,宫颈癌自适应近距离放射治疗,ART(Adaptive Radiation Therapy,）：自适应放疗,(ART),的概念是由美国,Yan Di,等于,1997,年首次提出， 他把整个放疗过程， 即从诊断定位、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭环系统。,Yan D , Vicini F , Wong J , et al. Adaptive radiation therapyJ. Physics in Medicine and Biology, 1997, 42(1):123-132.,online adaptive,offline adaptive,Med. Phys. 30, 28222831 (2003).,Med. Phys. 35, 36073615 (2008).,Phys. Med. Biol. 49, 791805 (2004).,Phys. Med. Biol. 51,14051419 (2006).,Phys. Med. Biol. 51, 24932501(2006).,Phys. Med. Biol. 53,673691 (2008).,Phys. Med. Biol. 53,54955511 (2008).,Int. J. Radiat. Oncol., Biol., Phys. 62,154163 (2005).,Int. J. Radiat. Oncol., Biol., Phys. 61, 12581266 (2005).,Int. J. Radiat. Oncol., Biol., Phys. 72, 210219(2008).,自适应近距离放射治疗概念,宫颈癌自适应近距离放射治疗,ABT(Adaptive Brachytherapy,）：是自适应放射治疗在近距离治疗中的一种应用。,近距离治疗单次剂量较大。,近距离治疗肿瘤内部剂量不均匀，,GTV,剂量可能是处方剂量的,2-3,倍。,肿瘤消退可能变化很大。,膀胱和直肠充盈程度可能不同，结肠和小肠蠕动造成内部器官位移。,施源器植入状态可能不一致。,采用腔内联合插植治疗的，插植针无法保证位置和深度完全一致。,分次间可能更换施源器以获得更好的靶区剂量包绕和危及器官规避。,近距离治疗中靶区的变化,宫颈癌自适应近距离放射治疗,Adaptive brachytherapy treatment planning for cervical cancer using FDG-PETJ. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2007, 67(1):91-96.,基于,PET,的自适应治疗计划在不显著增加膀胱和直肠剂量的情况下提高肿瘤的剂量覆盖率。,放射治疗中肿瘤的消退,宫颈癌自适应近距离放射治疗,International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, 2006, 65(1):177-181.,临床分期,I,、,II,、,III,期的治疗前平均体积分别为,54,79,176 cc,。,19.8 Gy,盆腔外照射后，肿瘤体积平均消退,29%,。,13Gy,的,HDR,近距离治疗，肿瘤体积平均减小,15.4 cc,。,研究结果表明，从治疗开始大约,20,天，肿瘤能缩小到治疗前的一半。,近距离治疗中肿瘤的消退,宫颈癌自适应近距离放射治疗,Kirisits C,，,et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2005, 62(3):901-911.,HR-CTV,的体积平均值从第一次近距离时的,43 cc,下降到最后一次的,29 cc,。,GTV,体积从第一次近距离时的,17 cc,（,3-65 cc,）下降到,9 cc,（,2-45 cc,）。,近距离治疗中危及器官的变化,宫颈癌自适应近距离放射治疗,Radiotherapy & Oncology, 2001, 60(3):273-280.,14,例患者在,HDR,近距离治疗期间进行了,3-6,次,CT,扫描，平均,4.9,次。膀胱和直肠的变异系数,CV,平均值为,44.1%,和,23.3%,。膀胱的剂量变异系数,CV,平均值为,19.9%,。,宫颈癌自适应近距离放射治疗,优化膀胱充盈体积,Japanese Journal of Clinical Oncology, 2012, 42(4):302-308.,膀胱容积的增加可显著减小小肠的剂量热点，增加膀胱的剂量热点，增加却没有改变直肠乙状结肠的剂量分布。,宫颈癌自适应近距离放射治疗,优化膀胱充盈体积,Mahantshetty U , Shetty S , Majumder D , et al. Optimal bladder filling during high-dose-rate intracavitary brachytherapy for cervical cancer: a dosimetric studyJ. Journal of Contemporary Brachytherapy, 2017, 2:112-117.,膀胱充盈,50ml,和,100ml,，膀胱剂量略有上升，没有统计学差异。膀胱体积越大，小肠剂量越低。,这一点可以用来权衡膀胱和小肠的剂量。,宫颈癌自适应近距离放射治疗,直肠等器官变化,HDR BT,分次间会发生显著的器官运动，这会导致,OAR,的,D2cc,发生显著的影响。,与单一计划相比，自适应治疗计划可提供更好的,OAR,保护。,重做计划与沿用计划的比较（,ICBT,）,宫颈癌自适应近距离放射治疗,重做计划与沿用计划的比较（,ICBT,）,首次计划时，由于临近器官限制，,HR-CTV,不能较好覆盖。第四次近距离治疗时，相同的计划能很好包绕,HR-CTV,，但是结肠的,D2cc,剂量达到,5.5Gy,。优化后的剂量既能满足靶区，结肠剂量也不高，,D2cc,为,3.7Gy,。,首次计划时，剂量分布呈现非对称，直肠剂量,D2cc,为,4.7Gy,。如果将本次计划沿用到第二次近距离治疗，直肠的,D2cc,非常高，达,8.3Gy,。这是由于环形施源器有所旋转，直肠位置发生变化。计划优化后的直肠,D2cc,剂量为,4.9Gy,，总剂量可以达到小于,75gy EQD2,。,doi:10.1016/j.radonc.2006.10.016,宫颈癌自适应近距离放射治疗,腔内与插植的计划比较,Brachytherapy, 2018, 17(1):86-93.,20,例患者行,MRI,引导的,HDR,近距离治疗，,28Gy /4f,，,2,次施源器植入。施源器均采用环形,+,宫腔管，首次治疗大部分采用腔内（,85%,），第三次近距离根据首次治疗剂量评估，触发插植针的应用。,插植针的应用提高了靶区的高剂量覆盖率。,第一次计划中，有,8,例,HR-CTV,D90,不足,85Gy,。第三次计划中仅有一例达不到目标剂量。,EQD,2,总剂量评估,内外照射剂量叠加理论上分为两步：,1.,计算,EBRT,和,BT,中每个分次的点、体积、感兴趣区剂量；,2.,根据,EQD,2,计算公式，点对点的进行剂量叠加。,现阶段，必须做一些简化和假设：近施源器处接受高剂量的,OARs,和靶区在,EBRT,中接受了与处方剂量相等的均匀剂量照射。,From ICRU 89 Case No. 3,不同计划类型对结果的影响，,3D VS,. IMRT Vs. VMAT,，更高的技术可能带来低估,；,应用不同施源器时，高剂量区可能不在同一位置，存在高估；,即使应用同一施源器，器官的运动导致高剂量区的差异，也存在高估，移动度大的器官更甚。,宫颈癌自适应近距离放射治疗,EQD,2,总剂量评估,宫颈癌自适应近距离放射治疗,EQD,2,总剂量评估,宫颈癌自适应近距离放射治疗,EQD,2,总剂量评估,EQD,2,=d*n*1+d/(,a/b,)/,1+2/(,a/b,),宫颈癌自适应近距离放射治疗,DVH,评价,Ptter R. Clinical & Translational Radiation Oncology, 2018, 9(C):48.,宫颈癌自适应近距离放射治疗,CTV-HR D90,CTV-IR D98,CTV-IRD90,GTV D98,早期,75-85Gy,60Gy,局部晚期,85-87Gy,60Gy,*,75Gy,95Gy,*,*,Tanderup K et al. Radiother Oncol (2016),为达,90%,的,LC,：,HR-CTV D90,需达到,85Gy,，,IR-CTV D90,需达到,75Gy,，具有下列不良因素则应提高剂量。,总剂量为,EQD2,，包括外照射剂量，,EQD2,计算中,/=10,不良因素,CTV HR D,90,IIIIV,97Gy,HR-CTV,体积,30cm,3,92Gy,治疗时间延时,105Gy,肿瘤宽度,5cm,92Gy,R. Mazeron et al. / Radiotherapy and Oncology 114 (2015) 257263,靶区剂量评估标准,总治疗时间为,7,周，延时治疗每超过一周，剂量需要增加,5Gy,。*,宫颈癌自适应近距离放射治疗,级别,膀胱,直肠,小肠,乙状结肠,阴道,最优,80Gy,65Gy,7075Gy,7075Gy,Rectovaginal,Point,65Gy,中等,85Gy,70Gy,极限,90Gy,75Gy,总剂量值为,EQD2, EQD2,计算中,/=3,。,直肠,D2cc75Gy,时，,3,年内直肠瘘发生风险为,12.5%,。临床实践中直肠,D2cc,小于,75Gy,是严格的限制剂量。相对于,D2cc65Gy,，当,D2cc,65Gy,时，直肠炎发生风险减低两倍。,引起阴道狭窄的危险因素：直肠参考点剂量大、外照射剂量大于,45Gy/25F,、肿瘤累计阴道。,Modified from Harkendrider et. al.IJROBP,2015.,K.R.Kirchheiner et.al. Radiat Oncol 118:160-6.2016,施丹,赵志鹏,何明远,等,.,中华放射肿瘤学杂志, 2015, 24(2):159-162.,赵红福,程光惠,等,.,中华放射肿瘤学杂志, 2016, 25(5):483-488.,危及器官剂量评估标准,2D,近距离：,ICRU,膀胱参考点,80% PD,（,A,点剂量）；,ICRU,直肠参考点,80% PD,（,A,点剂量）,。,宫颈癌自适应近距离放射治疗,概 要,了解近距离治疗,近距离治疗计划设计与优化,宫颈癌自适应近距离放射治疗,展望,更先进的治疗机,人工智能与深度学习的治疗计划系统,大数据与云平台,展望,施源器的植入无法用机器替代！,感谢您的聆听,，欢,迎到,吉,林大学中日联谊医院,参,观指导,!,赵红福：,135 0432 8263,程光惠主任按下关机键，,MicroSelectron,后装机光荣退役。,全球先进的,Flexitron,后装机正式投入临床使用,