第七-讲-核医学与核成像技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,实例,01,动力装置检验的故事,目前已在医学诊断、工业无损检测、社会安全检查等方面，发挥着越来越重要的作用。,2,一 核成像概述,核成像：,研究核信息的空间分布，从二维或三维角度出发研究物体的形态或属性，比如性质、结构、密度、厚度、缺陷等。,1895,年德国物理学家伦琴发现,x,射线后经过三个阶段的发展：,50,年代以前：研究常规射线检测的基本技术和设备,5070,年代：完善基本理论，改进设备，实践尝试,70,年代以后：重点是新技术如,CT,、背散射成像、,DR,等。,3,二 核成像原理与系统组成,1,原理,:,射线与物质的相互作用是辐射成像的物理基础。以透射成像为例,2,组成,射线源,探测器,信号处理采集,图像处理,机械与控制,6,荧光屏,：,与胶片照相类似，用荧光屏代替胶片，将,x,射线转换为可见光；,CCD,技术,+,电视（图像增强器，亮度可提高,10000,倍）；可远距离检测，可实时成像，也可数字化。成本低；,空间分辨率、对比灵敏度较差；对中高能射线探测效率低。,探测介质,7,潜影成像板,：日本富士公司开发的技术，用成像板代替了胶片与暗盒，由成像板、读出器和信息处理设备三部分组成，特点：,空间分辨率高，可与胶片比拟；辐射剂量显著降低；成像板可重复使用,20003000,次以上，但价格昂贵；具有多种图像后处理功能。,探测介质,8,TFT,成像技术,：,美国,Sterling,公司开发；探测器由二维薄膜晶体管,(TFT),阵列和涂覆在其上的光电导材料无定形硒,(a-Se),构成；,a-Se,吸收,x,射线，产生电子,-,空穴对，被收集到各个与像素相对应的存储电容上，形成电信号；这些电信号被采集、模数转换，形成数字图像。,特点：,直接把,x,射线转换成电信号，没有经过从,x,射线到可见光的转换过程，减少了信息损失并降低了噪声；分辨率：,139,m139,m,；动态范围大，可实时成像。但价格昂贵！（总投资,1,亿,US$,）,探测介质,9,成像方式（一）,透射成像特点,：,建立在射线对物体透射的基础上，对物体的厚度和密度比较灵敏，但对物质的种类或物质的原子量不太敏感。,投影图像,与质量厚度、质量衰减系数成指数关系,前后重叠，不符合视觉习惯,10,散射成像：,物理基础是康普顿散射，对于含,H,物质，对射线的吸收系数小于重物质，所以对有机物有自动“加亮”功能；,射线照射到工件，由于检测器前设有准直器，来自工件不同深度层产生的散射线，将入射到不同位置的检测器。,在物体某一层中，若在不同点存在有性质的差异，则所产生的散射线强度也不同。,从检测器给出的数据分布，可以对该层的物质性质作出分析。,成像方式（二）,其主要特点是：单侧几何布置；图象的对比度在理论上可达,100%,；具有层析功能，并且一次可得到多个截面的图象。,11,康普顿散射成像检测系统测试的是康普顿的散射射线，它,对物质的原子量很敏感,。,原子的康普顿散射截面,c,与物质的原子序数,Z,以及,光子能量之间的关系为,c,z,hv,（当,hvmc,2,时）,.,因此，康普顿散射成像检测系统，可以检测物质的成分。,康普顿散射成像检测系统,12,由于康普顿散射成像技术采用散射线成像，故：,主要适用于低原子序数物质,近表面区较小厚度范围内缺陷的检验,通常它适宜检验物体表面层厚度区是：钢为,3-5mm,，铝约为,25mm,，塑料和复合材料约为,50mm,。,其次，在应用时必须考虑基体材料和缺陷对射线的散射差别，也必须考虑所要求的分辨率和成像时间。,康普顿散射成像检测技术已应用于一些问题的检验和研究，例如飞机蒙皮的黏结和腐蚀检验。,在固体火箭发动机结构分层检验中，已可检出,0.15mm,的分层间歇。,测量密度为,6.7g/cm,3,左右的密度时，测量的不确定度，可达,1%,，实验证明可用于密度为,1.7g/cm,3,左右的复合材料密度测量。,局限性及应用,13,散射成像扫描方式,散射成像方式,逐点扫描,逐线扫描,逐面扫描,逐点,逐面,逐线,14,当散射角,=180,时，称背散射，相应的成像方式称为,背散射成像,。成像特点：,源与探测器在同一侧,表层信息、对低原子序数敏感,一次只能获取一侧图像,层析功能，直接三维,背散射成像,15,在,X,射线成像技术中，存在,2,个根本的问题：,（,1,）常规的,X,射线成像是利用透射原理完成的，它使物体的三维结构通过投影后显示在一个二维的平面上，使图象前后重叠，读片困难。,（,2,）无论是荧光屏还是,X,射线胶片，它们固有的分辨率都比较差。,X,射线断层成像从根本上克服了上述困难。,X,射线断层成像（,X-CT,）技术是根据物体横断面的一组投影数据，经过计算处理后，得到物体横断面的图象，是一种由数据到图象的重建技术。,三、计算机断层成像（,CT,）,16,设有一幅只含,4,个像素的图象，每个像素的衰减系数值是未知的。根据投影,X,射线成像原理，当入射强度为,I0,的,X,射线通过物体后，检测器接受到的射线强度为：,I=I,0,e,-d,式中，,d,为物体的厚度，,为物体的线性衰减系数。,对于一个,值不均匀截面而言，可以假设不同的位置有不同的,值（见图），并建立一系列的衰减方程。对于这个只含,4,个像素的图象来说，在水平方向上可以建立以下,2,个方程：,I,1,=I,0,e,-,（,1+4,）,d,I,2,=I,0,e,-,（,2+3,）,d,基本原理,同理，还可以在垂直方向或对角线方向上列出类似的方程。,4,个独立的方程联合起来求解，就能得出,1,2,3,4,的值,，所形成的这幅关于衰减系数的图象就是我们所要得到的,X-CT,图象，它表示物体的内部结构。,17,优势：,（,1,）,它能鉴别出，较小的衰减系数差，从而提高了检测灵敏度。,（,2,）对物体的前后、左右、上下,进行,3,维全方位断面扫描,，将数据重新整合，就能得到物体结构的,3,维立体图象。,X-CT,自问世以来，在不长的,20,多年中得到了飞速的发展，产品经过了几代更新，各项性能指标有了明显的提高。,计算机断层成像优势,18,用一个,X,射线源,一个探测器,同步作平移运动,并旋转扫描以获取投影数据。,第一代的主要缺点是采集数据的时间比较长，大约需要几分钟。,第一代：,X-CT,19,也采用平移加旋转的扫描方式，不同的是用一个小角度扇形的射线束和多个检测器来代替原来的单一检测器。,使在每一个发射位置上可以同时检测到多个投影数据。,假如有,10,个检测器，相邻之间相差,1,o,，那么在一次发射后可同时采集到,10,个投影数据。于是在下一步作旋转运动时，整个扫描系统就可以一步旋转,10,o,而不是,1,o,（假设单一检测器时每次转,1,o,），使整个数据采集时间缩短了,10,倍。,第二代：,X-CT,20,只包含扇形束的旋转扫描，,不包括,X,射线源与检测器的平移运动，因为第三代扫描仪的扇形束，已扩展至能容纳下整个工件的截面。,检测器阵列通常有几百个或上千个检测器单元，依次排列而成，工件围绕着一个公共轴心旋转，,X,射线源与检测器同时作上下平移运动。“环形伪影”,这一代扫描仪的明显优点是机械结构简化了，可以保证机械扫描精度，并使扫描速度有了明显的提高（通常为几秒钟）。,这是,当前,X-CT,的主要结构形式。,第三代：,X-CT,21,采用在,360,o,圆周上固定安装好的检测器；,数据的采集只是靠旋转,X,射线源；,整个探测器阵列是不动的；,它的缺点是对某一特定的检测单元来说，在不同的扫描位置上，,X,射线以不同的角度轰击探测器，这将对重建图象的质量发生影响。,同时制造成本也高。,第四代：,X-CT,22,第五代,CT,第五代,CT,多层,CT,螺旋,CT,发射,CT,SPECT,PET,PET,SPECT,23,核心技术是,从投影重建图象,。,一种逆问题求解的方法，研究从投影重建图象的理论有普遍的适用性。,断层扫描作为一种技术，它既有坚实的数学理论为依托，又有现代电子技术及计算机技术相支持，,X-CT,已在工业，农业，地球物理等领域中得到广泛的应用。,中科院高能物理研究所，建成并投入使用的加速器工业,X-CT,系统,断层扫描技术,24,检测平台,可以左右移动并可围绕中心轴转动的平台上，,断层截面的切取，通过工件台的上升或下降实现。,线阵探测器选用,：,钨酸镉,0.35mm(,宽,)6mm(,高,)5mm(,深,),检测平台和线阵探测器,-,能量响应范围宽,50keV9MeV-,探头间隔,0.4mm,，它决定了位置分辨的精度；,-,动态范围，,7500/1,（定义为饱和信号与电子噪声本底标准偏差的比值）；,25,1,）辐射源：,常用的有：,X,光机，加速器，,射线源。,理想的射线源：应具有足够高的强度，单一的能量，较小的焦点尺寸。,射线源的能量应根据检测物体的特点选定。,2,）探测器：,它是数据采集系统的核心器件，它接收射 线信号，形成,X-CT,系统的原始数据，其性能直接影响系统的图象质量。,探测器的主要性能包括：单元尺寸，单元数目（通道数），能量转换效率，响应时间，动态范围，稳定性，一致性等。,常用的固体探测器有：,CdWO,4,，,CaWO,4,，,Nal(Tl),BGO,或塑料闪烁体等，后接光电倍增管；,射线源与探测器前均有相应的准直装置。,工业,CT,组成,26,3,）机械扫描系统：,用于工件的旋转，升降和平移，调整射线源,-,工件,-,探测器的距离和相对位置。,主要性能要求是：扫描方式，移位特性（移动自由度，速度，范围等），控制方法和精度等。,4,）电子学系统：,包括信号放大、甄别、计数等一系列部件，以及使探测系统与计算机系统相联系的接口等。,5,）计算机系统：,硬件有主机、阵列处理器、数据存储、图象显示与文字输出等；软件有各种作滤波反投影信息处理的程序和一定的图象重建的程序。,工业,CT,组成,27,影响,CT,图象质量的因素很多，但通常用下列几种参数作为主要评价标志。,1,）,扫描时间：,即完成一个层面数据采集所需的时间。它与图象矩阵的大小，探测器阵列所含探测器的多少及射线源的辐射强度等直接相关。,2,）,重建时间：,即计算机系统完成一个层面数据处理，给出数字图象所需要的时间。它与图象矩阵的大小，重建算法的性能密切相关。,3,）,空间分辨率：,指断层面上的几何分辨率，即显示最小物体的能力,4,）,断层厚度：,即为切片厚度，要得到很高的空间分辨率，必须取很薄的扫描断层厚度。,评价,CT,性能的主要参数,28,5,）,密度分辨率：,又称对比度分辨率，它表示能够区分开的密度差别程度，以,%,表示。,6,）,伪影：,又称假像，它是指图象中与被检物体的物理参数分布没有对应关系的部分。它可能来自被检物和,CT,装置两个方面。,7,）,均匀度：,指断面不同位置上同类缺陷成像时，是否具有同一个平均,CT,值。,8,）,重复性：,指在一定的误差范围内，同一物体在同样的测量参数下始终能获得同样的图象。,9,）,CT,系统可以检测工件的,尺寸，厚度，重量等,。,评价,CT,性能的主要参数,29,工业,CT,的应用已越来越广泛。,航空航天工业中，,CT,技术用来检测精密铸件，烧结和复合材料的结构等；,核工业,CT,技术用来检测反应堆燃料元件的密度和缺陷，确定包壳管内芯体位置，核动力装置零部件及组件等；,钢铁工业,CT,技术用来检测钢材的质量，如管子的外径，内径，壁厚，偏心率和椭圆度；,机械工业中可检测铸件和焊缝中的微小气孔，夹杂和裂纹等缺陷。,此外，在陶瓷，建筑，食品，矿业，石油等等，领域都有很多的应用。,工业,CT,的应用,30,工业,X-CT,应用深入到生产过程在线实时测试和自动控制,1984,年，美国钢铁协会设立一专门小组，探讨解决钢铁生产发展所面临的紧迫任务的有效途径。他们认为，热轧无缝钢管的在线测试是其首要任务之一，即在热轧的同时测定钢管的壁厚、同心度、单位长度重量以及检查出钢管中的气孔、划痕、裂缝、分层等各种缺陷。,之前，摩根教授等人曾就,CT,在热轧无缝钢管测试中的应用可行性，作过探索和实验。投资,240,万美元，研制称之为“钢管全长检测系统,(IPIS)”,的工业,CT,。,经过四年的努力，,IPIS,的样机已于,1988,年年底问世。其间，摩根在,1987,年创立了专门从事,INs,研制生产的国际数字模式公司,(EDM,公司,),。,在线实时测试和自动控制,31,最近的工业应用，更与计算机辅助设计、制造,(CAD,CAM),结合起来，使各种发动机和其他机械设计制造的工作效率与性能指标，均有很大提高。,例如,弹药的装药密度测定,使制造商们大伤脑筋。用常规的检查方法，除非把炮弹锯开否则都碍于弹壳的不均匀性而影响其测定精确度。,美国,IRT,公司曾经设计制造了一台康普顿散射,CT,扫描仪，检测,l 55mm,火箭炮弹头。装药的,极为局部的密度变化均被正确测定,，弹壳厚度的变化对这一测量没有任何影响。,国防工业的应用,32,国防工业的应用,除美国外，其他工业发达国家如英国、联邦德国、日本、法国、俄罗斯等也都在工业,CT,的发展方面，取得了引入注目的成就。,最为集中的应用领域可说是国防工业，如直径为,2m,火箭的整体测试,，以及各种枪炮和弹药的无损检测等。,工业,CT,还被应用于飞机螺旋桨、发动机，汽轮机叶片，汽缸等精密铸件的无损检测。,苏联曾用,XCT,测定反应堆燃料元件的密度分布,。以前的这种检查，需把燃料元件分解开后用化学方法测定，耗时费钱。使用,CT,技术一次可测定,32,个燃料元件，每次测定仅花,35min,。,33,美国肯尼迪空间中心,SMS-201CT,扫描仪，在一次测定中节约,l0,万美元。当时，,航天飞机引擎,装配好后在其燃料管的波纹管减振器的肘节处,(2.3mm,不锈钢制成,),，发现,处约为一枚硬币大小的凹痕。痕迹虽不深，但明显可见。,制造商洛克希德公司用了好几种方法对此痕迹作了检查，以确定痕迹处的管壁是否薄于规定指标，但均未奏效。按常规方法似乎只有拆开燃料管换上一根新的波纹管了。但这根结构复杂的部件价值,10,万美元。于是采用,SMS-201-CT,对该肘节处作了,621,次剖面扫描，花了,4h,，结果证明肘节处的尺寸还是在加工公差范围之内，部件可以放心地被使用。,民用工业产品的测试名目繁多，,如木材扫描,(,提高其利用率,),，轮胎生产流水线，以及各种管道和桩柱的定期检查等等。,航天及民用,34,图例,层析成像,透射,CT,断层图像,35,图例,The CT images of a vessel and an exhaust manifold provided by the ARACOR Company,CA.,U.S.A.,36,其他核成像技术,核磁共振成像,正电子发射断层成像,襁褓中的巨人,穆斯堡尔成像,37,发展趋势：,在基本理论日臻完善的情况下，核成像技术的发展更多地体现在多学科的交叉融合上。材料科学的发展,(,如新型材料的诞生,),、信息科学的发展,(,如计算机、微电子技术,),，为核成像技术注入了巨大的活力。其未来的发展，仍将首先依赖于以信息科学为主导的高新技术的进步。,数字化,大规模、高能,多视图,图像智能化,38,核医学包含两部分,核医学诊断,和,核医学治疗,（放射治疗）,x,射线图像增强器,造影术：钡餐,数字化：高对比度,CT,：任意断层图像的获得,放射性同位素诊断：,PECT,与,PET,39,（一）放射治疗的原理,放射治疗利用,电离辐射,对生物组织的,破坏效应,进行疾病治疗，一般简称为放疗。,70%,以上的恶性肿瘤病人需要进行放疗。,射线的直接效应,射线直接作用细胞的遗传物质,DNA,分子上，使它们发生电离，分子断裂，使得细胞不能再繁殖，并最终导致死亡。,射线的间接效应,射线引起水分子电离和分解，产生大量活泼的离子和自由基，它们再与细胞的,DNA,分子发生作用，导致细胞无法再分裂或增生，并最终死亡。,40,1.,放射治疗使用的辐射源,放射治疗使用的射线有,X,、,、,e,、,p,、,n,、,-,介子及重离子，电子和重离子利用其直接电离效应，,X,、,光子和中子利用其间接电离效应。其中最常用的是,X,、,及,e,。,60,Co,是重要的,射线辐射源，它经,-,衰变产生能量为,1.173MeV,和,1.333MeV,的,射线，半衰期,5.27,年。,电子加速器,能产生用于治疗的电子束流和,X,射线。,医用电子加速器有三种类型：电子感应加速器（,Betatron,）、回旋加速器（,Cyclotron,）和直线加速器（,Linear Accelerator,，,LINAC,）。,LINAC,又,可分为行波与驻波两类,。,41,医用电子直线加速器,医用电子直线加速器能为放射治疗提供两种,MeV,级电离辐射：,供深部肿瘤治疗用的,X,辐射，,供表浅治疗用的电子辐射,。,42,放射治疗,The total number of medical electron linear Accelerators(linacs)is 7,0008,000,Varian Associates clinac machine,43,2.,放射治疗的分类和目标,对人体表浅组织（通常深度小于,1cm,）进行的,表浅放射治疗,靶区位于人体深部（深度超过,1cm,）的,深部放射治疗,将辐射束或放射源通过自然的或人造的开口引入人体腔内的,腔内放射治疗,对人体全身进行的,全身放射治疗,在手术中，直视下进行大剂量照射，以杀灭残留肿瘤细胞的,术中放射治疗,。,放射治疗追求的目标是给肿瘤足够的剂量，以便最彻底地破坏肿瘤，同时使正常组织和敏感器官受到的伤害尽可能地小。,44,对于眼部和皮肤等的各种浅表疾病，如皮肤癌、血管瘤等，可以利用,敷贴器,将成膏药状,90,Sr,（锶）或,32,P,（磷）等放射性核素贴在病变位置上进行,表浅放射治疗,。,后装机,是一种,腔内近距离放射治疗,设备。所谓后装，即先将治疗头放入欲治体腔内，固定位置后，再将小球状放射源装入治疗头内，让射线在很短距离内杀伤癌细胞。后装机所用的放射性核素有,60,Co,（钴）、,192,lr,（铱）、,125,I,（碘）。,1.,敷贴器和后装机,（二）放射治疗的方法,45,后装机由放射源、储源罐、施源器、驱动系统、控制系统与治疗计划系统组成，放射源的运动与驻留时间全都由计算机操作自动进行。,由于有立体定向仪和三维检查与治疗系统，使肿瘤的大小、形态、质地、体积及在颅内空间的位置得以精确的判定，需向瘤内插置源管的部位、数目及剂量与时间得以准确的计算与优化。,46,后装机可用于咽喉癌、结肠癌、膀胱癌及皮肤癌等,的治疗。近年来开始用于脑瘤间质内近距离治疗,和冠心病介入治疗后的预防血栓形成。,47,2.,常规放射治疗,肿瘤靶区,常规照射以,强度均匀,、,形状规则,的辐射野为基础，每次从,2,3,个不同角度照射，使肿瘤靶区得到比周围组织高的照射剂量。,第一辐,射野,第二辐射野,48,常规放射治疗使用的设备,1.,直线加速器（,Linear Accelerator，LINAC,）,一系列分立的加速电极排成一线，电极上加交变电场，其频率保证当电子经过每对电极间隙的时候都被电场加速。,49,医用加速器的结构,电子照射时用散射器获得均匀分布的辐射，用限束器获得所需的矩形或圆形辐射野。,第一准直,器,匀整器,监测电离室,第二准直器,补偿器,附加挡块,X,辐射用电子打靶产生，,均整器,使之分布均匀，由两对,准直器,产生矩形的辐射野，用低熔点合金制成的,附加挡块,保护要害器官，在,散射器,和,限束器,之间放置,监测电离室,。,50,2.,60,Co,治疗机（又称钴炮）,射线从钴头前方的准直孔射出。钴头装在机架上，可绕一轴线旋转。,移动治疗床，使钴头前端贴近病人的体表。,可采用固定束、旋转、摆动和跳跃治疗方法。,51,3.,伽玛刀、,X,刀和立体定向放射治疗,Leksell C,型伽玛刀,伽玛刀是一种专用作脑定向放射的外科治疗装置。,伽玛刀治疗系统利用立体定位的方法，预先测定病灶点的位置。然后将,201,束,射线精确地聚焦在病灶点上，,形成锐利如刀锋的高剂量区,。,对周边的正常组织所造成的放射剂量比肿瘤所接收的小,5,10,倍,.,52,直线电子加速器前安装筒型准直器，形成狭窄的辐射野。将此,X,射线束从不同的方向投送至病灶点，让病灶点承受高剂量辐射，而靶区周围,X,线的放射剂量呈锐减性分布，故称为,X,刀。,53,4.,适形放射治疗（,Conformal RadioTherapy,，,CRT,）,使不同照射角度的,辐射野截面形状与病灶在射束方向的投影轮廓相一致,，辐射野的剂量分布仍以,均匀分布,为基础。,54,辐射野成形准直器,准直器,一般用铅、钨或合金制造，用来阻挡和吸收辐射线，以形成一定形状的辐射野。,多叶准直器MultiLeaf Collimator,，,MLC,）由一组叶片迭合成，叶片开合形成辐射野形状。早期的,MLC,是手动的，叶片较厚，只有,8,12,对。目前的,MLC,叶片能在计算机的控制下快速运动，辐射野的大小、形状和位置可随时间动态改变。叶片越薄，片数越多，越能获得与肿瘤轮廓接近的辐射野，但是驱动与控制系统也越复杂。目前最多已发展到,60,对。,55,5.,调强放射治疗,(Intensity Modulation Radiation Therapy,，,IMRT),Brahme,和,Cormack,在,1988,年进行剂量分布优化计算时独立地提出了采用非均匀调强辐射准确地实现靶区剂量分布的问题。,IMRT,用于治疗那些形状复杂、附近有要害器官的肿瘤。例如治疗主动脉旁的淋巴结瘤。,为使组织不均匀、轮廓不规则的靶区（甚至是凹型或包嵌形）获得预期的剂量分布，降低正常组织吸收，除了要求每个辐射野截面形状与靶区外围轮廓形状一致外，而且要求每个辐射野内剂量强度分布与组织不均匀的肿瘤相符合。,56,IMRT,实例：前列腺治疗,57,（三）放疗的技术支持设备,放射治疗要从多个角度进行照射，每个照射角度的辐射野都有各自的截面形状和强度分布要求。,当前放射治疗日益,精细化，实施照射之前必须对,病灶,精确定位，设计出治疗方案,，照射时要,准确地实现预定的计划,，这些都须借助复杂的技术手段来实现,。,58,1.,模拟定位系统,（,Simulation System,）,临床实践中，放疗事故主要因肿瘤靶区定位失准而引起。为了确保治疗质量和病人安全，放射治疗前必须模拟照射的几何条件,准确定位肿瘤,对辐射野进行设计和检查。其过程包含固定和标记病人，确定靶区以及设计照射野的大小、方向和档块，复核治疗计划等。,早期直接在治疗机上行模拟，通过,X,光胶片来确定照射野。这种方法图像质量很差，定位不准确，模拟定位通常需要较长的时间，效率很低。,X,射线模拟定位系统的出现解决了上述问题，对常规放疗是革命性的。,59,模拟定位机,模拟定位机是一台与放疗设备在治疗时的条件完全一致的低能,X,射线机，根据它产生的二维图像（透视图像或,X,光胶片）进行肿瘤定位，确定照射野的形状、方向，制作档块，标记体表，检查治疗方案等。,用诊断,X,射线取代高能,X,射线，图像质量大为改进，靶区定位更准确，对病人的伤害减小，并可实时透视病人内部器官的运动，及时调整射野边界。将模拟和治疗分开进行，病人处理效率大大提高。,60,实施适形、调强和立体定向等精确放射治疗之前，要做出精确、详细的治疗计划。其过程为：,从成像设备取得病人的解剖结构信息，判断肿瘤的位置、形状和性质；,根据肿瘤和周围组织的构造、承受辐射的能力确定靶区和相邻组织的照射剂量；,根据预设的靶区剂量分布求出所需辐射野数目、照射角度及各个辐射野的形状和剂量分布；,根据治疗计划反算靶区和相邻组织的剂量，进行检验，并修正照射方案。,2.,治疗计划系统,（,Treatment Planning System,，,TPS,）,61,治疗计划系统是一台通过网络与成像系统、治疗机连接的图像工作站。它从成像设备取得肿瘤所在体段的图像，在医生的参与下做出治疗计划，得到的各种治疗参数输入加速器控制计算机中。,62,3.,三维,CT,模拟定位计划系统,立体适形和调强放射治疗需要精确地确定靶区的三维形状和位置。将放疗专用螺旋,CT,、激光定位系统和三维治疗计划系统通过网络相连接，就形成了集影像诊断、肿瘤定位、剂量计算和治疗计划为一体化的三维,CT,模拟定位计划系统63,病人在靶区空间坐标参考体系下进行,CT,扫描，经靶区影像三维数字重建，确定靶区和周围要害器官的形状与空间位置关系。,64,为了确保病灶在模拟定位机和加速器治疗机上所处的位置完全一致，需要有空间坐标参考系统，它包含两部分：,4.,空间坐标参考系统,体架或头架,病人由真空垫吸附并固定于体架中，头架则固定在病人头骨上。通过在体外设置标记点的方法建立参考坐标系统，给出病灶的空间位置。,65,激光定位器。屋顶、两侧墙面的三束激光互相垂直并共交于一点，此点就是模拟定位机和加速器的等中心点。激光束在头、体架上或病人皮肤表面形成位置标记，以确定机器与病人之间的空间关系。,66,5.,计算机控制的多叶准直器,（MLC）,MLC,的叶片,安装在加速器头上的,MLC,67,1.,影像引导的放射性治疗,影像引导的放射性治疗把影像获取、治疗计划、,CT,模拟定位及加速器整合在一套系统之中，能在病人治疗时获取肿瘤位置、形状，及周围正常组织的图像，比较治疗中和治疗计划中的影像，确定肿瘤位置的三维误差，自动校正后出束治疗。,CT,影像引导有益于加大处方剂量，在治疗时可实时监测并消除器官运动。病人甚至无需佩戴定位框架。,西门子的,IGRT,系统,CT,和加速器共用同一治疗床，避免了病人在影像床与治疗床的体位不同带来的误差。,（五）发展中的放射治疗技术,68,美国斯坦福大学研制的,Cyberknife,系统轻型直线电子加速器能产生,6MVX,射线，装在三维运动的机械臂上，使,X,射线从不同方向聚焦至病灶点。手术进行时，,X,射线追踪系统会不断地把两个,X,射线,摄像机拍摄的骨胳图像与,先前储存的三维图像相互比较，确定病灶点的正确位置，并把控制数据输送至机械臂，使加速器始终对准肿瘤，以正确剂量的,X,射线切除肿瘤。,69,2,质子和重离子治疗,和,X,射线没有电荷，质量较轻，在进入人体后产生的剂量会随入射深度增加而呈指数衰减，其大部分能量都释放到靠近表皮的正常组织中，不能以足够的剂量杀伤肿瘤。,质子和带电重离子进入人体后会慢慢减速，但与原子核外电子间的作用却在增大，在到达终点附近时，与电子的作用最大，将大部分能量释放出来，这个发生最高剂量的区域叫作“,Bragg,峰”。,0,50,100,剂量,水中深度,(cm),0,4,8,12,16,20,电子,光子,质子,Bragg,峰,70,质子和带电重离子能量及其在人体内经过的组织密度决定了,Bragg,峰的位置，这使得医生不仅能够控制照射野的范围，而且能够控制最大剂量区的深度，使之精确地覆盖整个肿瘤。如果进行多方向、多照射野的治疗，施加到正常组织的剂量可以更低，而在束流重叠处的剂量可以大大增加。,质子和重离子治疗对许多常规放疗无法处理的复杂病症，对靠近重要器官的肿瘤有特别的意义。如眼部黑色素瘤、颅内肿瘤、动静脉畸形、垂体肿瘤、前列腺肿瘤、脊索瘤等,71,3.,快中子治疗,中子是不带电的粒子，能量在,14MeV,以上的为快中子。中子的穿透性比质子和重离子好，容易实现深部癌症治疗。,有四种中子源可供临床使用：反应堆，大型回旋加速器，密致式回旋加速器，,D-T,（氘氚）中子发生器。,临床上，中子已用于治疗腮腺癌、胰腺癌、膀胱癌、前列腺癌、骨和软组织肿瘤等。,72,4.,硼中子俘获治疗,（,Borton Neutron Capture Therapy,，,BNCT,）,治疗前，将含,10,B,元素的药物注射到人体中，药物对肿瘤的选择性越高越好。,1eV,1keV,的超热中子,照射到病变组织上,与,10,B,发生俘获反应,:,10,B+1,n,4,(1.78MeV)+,7,Li(1.01MeV)(4%),4,(1.47MeV)+,7,Li(0.84MeV)+(0.48MeV)(96%),产生的,4,粒子和,7,Li,核的射程都很短（,5m,和,8m,），它们能有效地杀死癌细胞，而对周围正常细胞损伤很小。,BNCT,使用的是低能中子，比快中子治疗对人体正常细胞的伤害要小得多。发挥治疗作用的,粒子和,7,Li,重离子具有局域性好的特点。药物的选择性提高了,BNCT,治疗癌症方面的优势。,73,5,.,-,介子治疗,-,介子是一种重粒子，质量介于电子和质子之间。,-,介子通过生物组织时具有类似质子的,Bragg,效应，即它的最高剂量区域在射程的末端，而在到达末端之前对生物组织所造成的伤害非常小。,-,介子的这一特性对远距离放射治疗非常有利，是一种很有希望的治疗癌症的新的射线。,现在世界上有三个专门生产供医疗用的,-,介子发生器的工厂。,