治疗计划系统的质量保证（讲座）

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1、治疗计划系统和治疗计划过程QA（外照射）,北京大学临床肿瘤学院 北京肿瘤医院韩树奎,治疗计划系统的基本构成 治疗计划过程的基本模式 治疗计划过程不确定性的来源 治疗计划系统非剂量学的质量保证 治疗计划系统剂量学的质量保证 治疗计划系统周期性的质量保证 日常治疗计划过程的QA,基本构成,主机：具有完成基于CT的剂量计算，图象和结构 重建及必要的分析功能软件。 输入设备：用于病人资料信息及解剖结构的图象信息（CT，MRI等）。键入，磁盘，扫描仪，网络 输出设备：用于治疗计划及计划实施所必要的条件（剂量分布，射野成型，楔形板，挡铅，补偿等）。打印机，绘图仪，磁盘，网络,治疗计划系统的基本构成 治疗计

2、划过程的基本模式 治疗计划过程不确定性的来源 治疗计划系统非剂量学的质量保证 治疗计划系统剂量学的质量保证 治疗计划系统周期性的质量保证 日常治疗计划过程的QA,基本模式,病人的定位与固定建立病人的参考标记建立病人坐标系统,基本模式,病人影象信息的获取和输入病人CT，MRI和其它影象信息的获取病人影象信息通过输入设备输入到计 划系统,基本模式,解剖结构的界定界定和显示正常组织和危及器官的轮廓 和表面。确定靶区轮廓，产生3-D靶区表面，由多种影像诊断设备输入靶区信息。由CT或指定的块密度信息产生电子密度信息，用于剂量计算。,基本模式,束流 定义治疗机和束流 产生束流方向观显示 设计射野形状（挡块

3、或MLC） 定义束流修正（补偿器，楔形板） 定义束流权重,基本模式,剂量计算 选择剂量算法，计算网栅和窗等完成剂量计算设置相对剂量和绝对剂量归一输入剂量处方,基本模式,计划评估 产生2-D和3-D剂量显示 完成视觉比较 应用DVH图进行分析 计算NTCP/TCP值并做分析 应用自动优化工具,基本模式,计划验证 用于病人的计划配准模拟验证模体。 重新计算所有射野治疗参数MU。 计划输出到记录和验证系统。 计划传输到治疗机实施照射。 用模体中的电离室和胶片测量剂量和剂量分布。,基本模式,计划完成 经验证的计划硬拷贝输出。 把计划传输到记录和验证系统。 用计划配准实际病人。 把计划传输到治疗机实施治

4、疗。 用PV系统获取接口影象并与DRR比较。,治疗计划系统的基本构成 治疗计划过程的基本模式 治疗计划过程不确定性的来源 治疗计划系统非剂量学的质量保证 治疗计划系统剂量学的质量保证 治疗计划系统周期性的质量保证 日常治疗计划过程的QA,不确定性的来源,病人定位 病人影象 解剖结构的确定 束流几何学的确立 剂量计算 剂量显示和评估 计划完成,不确定性的来源,病人定位在CT扫描，模拟，治疗和其它相关过程中，病人的运动包括器官的运动，都会引起病人，靶区和/或危及正常器官相对辐射束流的定位的不确定性。,不确定性的来源, 固定：病人固定的目的是以可重复的方式去定位病人且保持病人在治疗过程中不运动。定位

5、方式可以是简单的（以一种特定的方式固定手臂），也可以是复杂的（有损的立体定向装置）。固定的质量影响在整个治疗过程中病人定位的可重复性和治疗精度。,不确定性的来源, 定位和模拟：目的是确定病人，肿瘤，靶，正常组织和危及器官的体积。传统的办法可用模拟定位机，手动勾画轮廓，激光定位标记来完成。现代化的技术基于CT影象和虚拟模拟。这将包括CT的质量保证，如射束，床，激光系统的几何精度。,不确定性的来源,病人影像影像的传输，转换或影像数据的应用都可能增加束流和组织解剖之间关系中的几何不确定性。多种影像方式的应用，在彼此之间进行几何图形登记时也增加了不确定性。附加的不确定性是由于影像的几何扭曲（例如MR）

6、和分辨率不高（例如PET和SPECT）。,不确定性的来源,解剖结构的确定在确定解剖结构中的不确定性是在整个RTP过程中不确定性的主要来源。RTP过程的每一步都引入了几何不确定性。进而，由医生来勾画肿瘤和靶体积时，依赖于不同的医生，或同一医生在不同的期间。,不确定性的来源,束流几何学的确立治疗计划束流几何学的精度依赖于每一个治疗机参数的分辨率和公差，依赖于日常治疗中引起设置误差的频率和数值，希望误差量级为1%。计算机化的记录和验证系统可减低某些误差。,不确定性的来源,剂量计算不确定性的来源包括：原始测量数据的精度，即机器输出的稳定性和测量仪器的分辨及灵敏度的一致性。数据分析和传输到RTP中数据的

7、质量及应用数据的方式。与计算算法有关的不确定性来源于比较差的物理模型，不恰当的近似，不足够的计算网栅或差的参数。,不确定性的来源,剂量显示和评估剂量显示的不确定性主要依赖于表示剂量分布的精度。剂量体积直方图（DVH）对解剖学确定，表示解剖学物体所应用的方法，剂量计算网栅的分辨和范围及DVH表示形式的方法学及分辨。如果应用NTCP和TCP，则必须考虑这些方法的可靠性和临床价值及确定模型参数时的有限临床数据。,不确定性的来源,计划完成在抄写和录制中的错误及治疗时技术人员的误解。,治疗计划系统的基本构成 治疗计划过程的基本模式 治疗计划过程不确定性的来源 治疗计划系统非剂量学的质量保证 治疗计划系统

8、剂量学的质量保证 治疗计划系统周期性的质量保证 日常治疗计划过程的QA,非剂量学质量保证,病人的定位和固定 影象获取 解剖描述 束流 计算机操作上的问题 计划评估 硬拷贝输出 计划执行和验证,非剂量学质量保证病人的定位和固定,病人固定：固定病人的目的是以可重复的方式且保证病人在计划，传递和治疗过程中不运动，以保证治疗精度。 特定的固定装置可能影响影象质量和治疗机监督计数的计算，在临床应用前必须予以确定。 任何固定装置都不能完全保证病人不运动，对所用的每一种固定装置的运动和定位误差都应进行仔细研究。,非剂量学质量保证病人的定位和固定,定位和模拟： 确定病人，肿瘤，靶区，正常组织和危及器官的位置。

9、传统的办法是模拟机定位，手工勾画轮廓和激光标记等中心。现代应用的技术是通过CT影象基于放射治疗计划系统的影象和虚拟模拟定位来完成。,非剂量学质量保证病人的定位和固定, 确保精确地获取病人的定位信息和精确地传输到治疗计划系统中。模拟定位机，CT扫描机和虚拟模拟都必须具有相应的质量保证，例如CT/MR的所有射束的几何精度，床的参数和激光准直系统等都必须具备良好的QA。,非剂量学质量保证影象获取,影象参数： 影象获取的标准规程 扫描病人的范围 病人的定位和固定装置 定位和作为参考坐标系用在病人体表的不透辐射的标记物的类型 扫描参数，例如扫描间距和厚度 在胸部和腹部扫描病人的呼吸指示器 应用对比剂的政

10、策（对CT，MR和其他设备）,非剂量学质量保证影象获取,影象获取中的赝象（artifact image)和扭曲所有的影象系统都可能有赝象和几何扭曲，由影象来的这些信息在使用前都必须做修正。,非剂量学质量保证影象获取, 有限体素大小：引起勾画靶体积和结构外轮廓的误差，特别是对小的靶和/或厚的CT片。 部分体积效应：在体素灰度级值和通过自动勾画而得到的轮廓中的误差,非剂量学质量保证影象获取, 高密度非均匀性：在CT影象中的条纹赝象，它可能导致非代表性密度值和影象信息 对比剂：在体素灰度级值中的误差，它会导致CT诱导的电子密度的误差或对其它设备的应用中在图象信息的解释中产生误差,非剂量学质量保证影象

11、获取, MR扭曲：在MR影象的几何精度中的扭曲，典型地依赖于磁场非均匀性，界面处磁场系数的改变和其它效应。上述都可能导致影象信息不正确的几何定位 顺磁源：在MR影象中的局部扭曲,非剂量学质量保证解剖描述,影象转换和输入解剖结构,非剂量学质量保证解剖描述,影象转换和输入：由CT得到的影象是获得解剖信息的基础，由特定的计算机系统通过特定的影象文件格式或传输介质或网络而获取的影象信息被转换到RTP系统。,非剂量学质量保证解剖描述, 影象几何学：文件和验证参数用来确定每一个影象的几何学描述，例如象素数目，象素大小和片厚。扫描文件格式和转换都可能引起几何误差。,非剂量学质量保证解剖描述, 扫描的几何定位

12、和取向：文件和验证参数通常用来确定每一个影象的几何学描述，特别是左-右，上-下和头-脚取向。 文本信息：验证所有的文本信息都被正确地传输。如不正确的名字和不正确的扫描序列都可能引起错误的扫描。,非剂量学质量保证解剖描述, 影象数据：验证灰度刻度值的精度，特别是CT值对电子密度的转换。 影象去歪斜（移动扭曲）：检查所有特征，包括文件工具，它确保原始影象和修正影象在系统内被正确地甄别。修正影象信息的方法学可能留下不正确的数据。,非剂量学质量保证解剖描述,解剖结构：在3D计划系统中病人所用的 解剖 模型。2D和3D RTP在解剖结构上的重要差异： 在2D RTP中，大部分结构由一个或很少几个CT片上

13、2D轮廓所定义，且从一个CT片到下一个CT片的轮廓彼此不相关。 在3D RTP中，对每一个解剖部位都要产生3D结构，结构是由一系列CT片上勾画的轮廓所定义的，且全部是相关的。,非剂量学质量保证解剖描述,轮廓检验 结构检验 密度描述检验 填充物检验 影象使用和显示检验,非剂量学质量保证解剖描述,轮廓检验-数字化过程数字化仪系统可能存在位置依赖的扭曲 和时间的依赖性。* 每周要做数字化标准轮廓或使用其它 相关核对过程核对几何精度。* 对数字化仪的全部面板验证数字化仪的 几何精度。,非剂量学质量保证解剖描述,轮廓检验-2D影象上勾画轮廓轮廓的坐标和显示中的误差导致计划使 用不正确的解剖，验证： *

14、计划系统计算剂量的坐标中轮廓的3D定域 *对极端情况（环状轮廓）勾画轮廓的算法 * 每一个轮廓的甄别和与它相连系的3D结构,非剂量学质量保证解剖描述,* 在扫描模体上勾画结构并与已知模体结构的维度比较轮廓 * 在以软件形式构成的一个灰度标度的模体上勾画结构，这可以消除任何影象获取和象素平均误差 * 对每一种类型影象和每一个片子取向（矢状，冠壮，轴向，倾斜）都完成检验,非剂量学质量保证解剖描述,轮廓检验-自动跟踪轮廓用于甄别跟踪域的梯度范围可能影响轮廓 的大小和定域，导致不合适的轮廓。验证： * 对各种情况（例如不同灰度级梯度，不同影象类型，标记物，对比度，影象扭曲）验证跟踪算法的正确响应。 *

15、 检验可以包含扫描体模或模拟灰度级体模。,非剂量学质量保证解剖描述,轮廓检验-分支结构产生分支结构的算法可能影响这些结构 体积的计算。验证： * 对一特定的结构，在每一个片子上系统是否可以保留多于一个的轮廓 * 是否形成正确的三维结构，目测核对三维表面和DVH,非剂量学质量保证解剖描述,轮廓检验-投影影象上的轮廓在投影影象上（DRR，BEV）的轮廓的 不正确处理可能导致计划显示的错误解释， 验证：* 在投影影象上勾画的轮廓，当在全三维显示上观测时是否被正确投影* 用轴向，矢状，冠状片核对这个轮廓,非剂量学质量保证解剖描述,结构检验-解剖结构的确定通过CT扫描获得体内每一特定结构的电子 密度信息

16、，并以一组基本的体素形式表示。通过对每一CT平面解剖结构表面的勾画产 生3D解剖结构，用于DVH和其它统计量的计 算。,非剂量学质量保证解剖描述,结构检验-解剖结构的验证 * 在扫描模体上勾画结构并与已知模体结构的维度比较。 * 在以软件形式构成的一个灰度标度的模体上勾画结构进行比较。 * PTV是对CTV的扩展，扩展是否改变原结构 * 算法能否处理交叉结构。,非剂量学质量保证解剖描述,密度描述检验-相对电子密度检验不正确的相对电子密度信息可能引起不 正确的剂量计算，验证：* 验证系统是否产生正确的相对电子密度* 验证当轮廓和/或影象被修正时，相对电子密度表示依然是正确的,非剂量学质量保证解剖描述,密度描述检验-CT值转换不正确的转换可能引起密度修正计算不 正确的结果，验证：确认Hounsfield CT值（影象灰度级值） 对相对电子密度的转换是正确的，转换可 能是扫描仪依赖的，对扫描仪必须进行刻 度。,