放射治疗的计划设计

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1、放射治疗的计划设计放射治疗的计划设计本节课的主要内容本节课的主要内容1.1.计划设计的定义、临床剂量学原则计划设计的定义、临床剂量学原则 2.2.靶区及靶区剂量的规定靶区及靶区剂量的规定3.3.放射治疗计划设计的步骤放射治疗计划设计的步骤4.4.体位的选择及体位固定器的应用体位的选择及体位固定器的应用第一节第一节 临床剂量学原则临床剂量学原则 放射治疗的基本目标放射治疗的基本目标l放放射射治治疗疗的的根根本本目目的的在在于于给给予予肿肿瘤瘤区区域域很很高高的的治治愈愈剂剂量量而而其其周周围围组组织织和和器器官官接接受受的的剂剂量量却最少，即却最少，即提高放射治疗的治疗增益比。提高放射治疗的治疗

2、增益比。l治治疗疗增增益益比比：因因某某种种治治疗疗技技术术致致成成的的肿肿瘤瘤控控制率与周围正常组织损伤率之比。制率与周围正常组织损伤率之比。计划设计定义计划设计定义l计划设计定义为确定一个治疗方案的全过程。计划设计定义为确定一个治疗方案的全过程。l传传统统上上，它它通通常常被被理理解解为为计计算算机机根根据据输输入入的的患患者者治治疗疗部部位位的的解解剖剖材材料料及及相相关关组组织织的的密密度度等等，安安排排合合适适的的射射野野 ( (如如体体外外照照射射) ) 或或合合理理布布源源 ( (如如近近距距离离照照射射) ) ，包包括括使使用用楔楔形形滤滤过过板板、射射野野挡挡块块或或组组织织

3、补补偿偿器器等等进进行行剂剂量量计计算算，得得到到所所需需要的剂量分布。要的剂量分布。 l从从广广义义上上，上上述述定定义义应应理理解解为为：确确定定一一个个治治疗疗方方案案的的量量化化的的过过程程，包包括括CTCTMRI/DSAMRI/DSA等等图图像像的的输输入入及及处处理理；医医师师对对治治疗疗方方案案包包括括靶靶区区剂剂量量及及其其分分布布、重重要要器器官官及及其其限限量量、剂剂量量给给定定方方式式等等的的要要求求及及实实现现；计计划划确确认认及及计计划划执执行行中中精精度度的的检检查查和和误误差差分分析析等等。显显然然按按照照这这种种理理解解，计计划划设设计计过过程程应应是是一一个个

4、对对整整个个治治疗疗过过程程不不断断进进行量化和优化的过程。行量化和优化的过程。l治治疗疗计计划划系系统统成成为为整整个个治治疗疗过过程程的的有有机机连连结结体体中中的的一一个重要纽带。个重要纽带。 临床剂量学原则临床剂量学原则 l一个较好的治疗计划应满足下列四项条件：一个较好的治疗计划应满足下列四项条件： 1 1、肿肿瘤瘤剂剂量量要要求求准准确确，照照射射野野应应对对准准所所要要治治疗疗的的肿瘤区即靶区。肿瘤区即靶区。 2 2、治治疗疗的的肿肿瘤瘤区区域域内内，剂剂量量分分布布要要均均匀匀，剂剂量量变变化梯度不能超过化梯度不能超过5 5，即要达到，即要达到9090的剂量分布。的剂量分布。 3

5、 3、射射野野设设计计应应尽尽量量提提高高治治疗疗区区域域内内剂剂量量，降降低低照照射区正常组织受量范围射区正常组织受量范围。 4 4、保保护护肿肿瘤瘤周周围围重重要要器器官官免免受受照照射射，至至少少不不能能使使它们接受超过其允许耐受量的范围。它们接受超过其允许耐受量的范围。 以上四点，简称临床剂量学四原则以上四点，简称临床剂量学四原则。第二节第二节 靶区剂量分布的规定靶区剂量分布的规定外照射靶区剂量分布的规定外照射靶区剂量分布的规定l肿瘤区肿瘤区 (gross target volume, (gross target volume, GTVGTV ) ) l临床靶区临床靶区 (clinic

6、al target volume, (clinical target volume, CTVCTV ) ) l内靶区内靶区 (internal target volume, (internal target volume, ITVITV ) ) l计划靶区计划靶区 (planning target volume, (planning target volume, PTVPTV ) ) l治疗区治疗区 (treatment volume, (treatment volume, TVTV ) )l照射区照射区 (irradiation volume, (irradiation volume, IV

7、IV ) )肿肿 瘤瘤 区区 (GTV)(GTV) 指指肿肿瘤瘤的的临临床床灶灶，为为一一般般的的诊诊断断手手段段 ( (包包括括CTCT和和MRI) MRI) 能能够够诊诊断断出出的的可可见见的的具具有有一一定定形形状状和和大大小小的的恶恶性性病病变变的的范范围围，包包括括转转移移的的淋淋巴巴结结和和其其他他转转移移的病变。的病变。临床靶区临床靶区 (CTV)(CTV) l指指按按一一定定的的时时间间剂剂量量模模式式给给予予一一定定剂剂量量的的肿肿瘤瘤的的临临床床灶灶 ( (肿肿瘤瘤区区) )亚亚临临床床灶灶以以及及肿肿瘤瘤可可能能侵侵犯的范围。犯的范围。 CTV CTV 包括包括GTVGT

8、V和亚临床灶和亚临床灶内靶区内靶区 (ITV)(ITV) l在在患患者者坐坐标标系系中中，CTV(GTV)CTV(GTV)的的位位置置是是在在不不断断变变化化的的 ，由由于于呼呼吸吸或或器器官官运运动动或或照照射射中中CTVCTV体体积积和和形形状状的的变变化化所所引引起起的的CTVCTV外外边边界界运运动动的的范范围围，称称为为内内边边界界(IM)(IM)。内内边边界界 (IM)(IM)的的范范围围，定定义义为内靶区为内靶区ITVITV。 计划靶区计划靶区 (PTV)(PTV) lPTVPTV是是考考虑虑到到治治疗疗过过程程中中器器官官和和病病人人的的移移动动、射射野野误误差差及及摆摆位位误

9、误差差而而提提出出的的一一个个静静态态的的几几何何概概念念。PTVPTV包包括括CTVCTV和和考考虑虑到到上上述述因因素素而而在在CTVCTV周围扩大的范围。周围扩大的范围。 PTV margin: PTV margin: 靶区的移动；靶区的移动； 射野和摆位误差。射野和摆位误差。 ITV=CTV+ ITV=CTV+ PTV=CTV+ + PTV=CTV+ + v靶区定位的不确定度靶区定位的不确定度SDSDtltl器官运动器官运动医学影像设备分辨能力的局限医学影像设备分辨能力的局限v患者摆位误差患者摆位误差SDSDpsps患者体位变化患者体位变化患者身体状况，如体重变化患者身体状况，如体重变

10、化激光灯和光距尺的误差激光灯和光距尺的误差v射野位置误差射野位置误差SDSDbsbs影响影响PTVPTV与与CTVCTV间距的因素间距的因素治疗区治疗区 （TVTV）l对对一一定定的的照照射射技技术术及及射射野野安安排排，某某一一条条等等剂剂量量线面所包括的范围线面所包括的范围。 通通常常选选择择以以9090等等剂剂量量线线为为代代表表的的靶靶区区最最小小剂剂量量D Dminmin作作为为治治疗疗区区范范围围的的下下限限。一一个个好好的的治治疗疗计计划划，应应该该使使其其剂剂量量分分布布的的形形状状与与计计划划靶靶区区的的形形状状相相一一致致。但但由由于于目目前前照照射射技技术术的的限限制制，

11、不不能能达达到到这这一一点点，这这是是定定义义治治疗疗区区的的原原因因之之一一；另另外外治治疗疗区区的的形形状状和和大大小小与与计计划划靶靶区区的的符符合合程程度度，也也可可提提供供医医师师一一个个很很好好的的评评价价治治疗疗计划的标准。计划的标准。 照射区照射区 （IVIV）l对对一一定定的的照照射射技技术术及及射射野野安安排排，5050等等剂剂量量线线面面所所包包括括的的范范围围。照照射射区区的的大大小小，直直接接反反映映了了治治疗疗方方案案设设计计引引起起的的体体积积积积分分剂剂量量即即正正常常组组织织剂量的大小。剂量的大小。 危及器官危及器官 (OAR)(OAR) l指指可可能能卷卷入

12、入射射野野内内的的重重要要组组织织或或器器官官，它它们们的的放放射射敏敏感感性性( (耐耐受受剂剂量量) )将将显显著著地地影影响响治治疗疗方方案案的设计或确定靶区处方剂量的大小。的设计或确定靶区处方剂量的大小。 各区域定义图示各区域定义图示肿瘤区肿瘤区(GTV)内靶区内靶区(ITV)计划靶区计划靶区(PTV)治疗区治疗区照射区照射区临床靶区临床靶区(CTV)靶区定义：例靶区定义：例左侧乳腺局部切除后术后放疗左侧乳腺局部切除后术后放疗各种类型、不同期别肿瘤的致死剂量各种类型、不同期别肿瘤的致死剂量各种类型、不同期别肿瘤的致死剂量各种类型、不同期别肿瘤的致死剂量正常组织耐受剂量正常组织耐受剂量

13、第三节第三节 治疗计划设计涉及的治疗计划设计涉及的 设备设备治疗计划设计涉及的设备治疗计划设计涉及的设备l治疗计划系统（治疗计划系统（TPS)l模拟定位机模拟定位机lCTCT模拟定位机模拟定位机1. 1. 治疗计划系统治疗计划系统l图像处理图像处理: : 可输入和处理患者图像可输入和处理患者图像l射野布置：可设定照射野相对于患者坐标系的空间位置射野布置：可设定照射野相对于患者坐标系的空间位置l逆向计划：根据临床处方剂量要求，定义最优化问题并逆向计划：根据临床处方剂量要求，定义最优化问题并 求解求解l剂量计算：可计算患者治疗部位的剂量分布剂量计算：可计算患者治疗部位的剂量分布l计划评价：可利用等

14、剂量分布、剂量体积直方图等工具计划评价：可利用等剂量分布、剂量体积直方图等工具 评价计划评价计划 治治疗疗计计划划系系统统是是设设计计治治疗疗计计划划的的计计算算机机软硬件系统软硬件系统，主要有四主要有四/ /五个功能模块组成：五个功能模块组成：3D3D治疗计划系统治疗计划系统v3D3D图像图像: : 可输入多种模式的患者断层图象，可配可输入多种模式的患者断层图象，可配 准不同模式的图像，可重建患者患者准不同模式的图像，可重建患者患者3D 3D 假体假体v3D3D布野：布野：可设定共面和非共面射野可设定共面和非共面射野v3D3D计算：计算：可采用可采用3D3D剂量计算模型计算患者治疗剂量计算模

15、型计算患者治疗 部位的剂量分布部位的剂量分布v3D3D显示：显示：可可3D3D显示患者解剖结构、射野布置和显示患者解剖结构、射野布置和 剂量分布剂量分布2. 2. 模拟定位机模拟定位机 模拟定位机的功能模拟定位机的功能 1.1. 靶区及重要器官的定位靶区及重要器官的定位; ;2.2. 确定靶区确定靶区( (或危及器官或危及器官) )的运动范围的运动范围; ;3.3.治疗方案的确认治疗方案的确认( (治疗前模拟治疗前模拟););4.4.勾画射野和定位、摆位参考标记勾画射野和定位、摆位参考标记; ;5.5.拍摄射野定位片或证实片拍摄射野定位片或证实片; ;6.6.检查射野挡块的形状及位置检查射野挡

16、块的形状及位置; ;归结起来完成两件事情：归结起来完成两件事情： 1.1.为为医医师师和和计计划划设设计计者者提提供供有有关关肿肿瘤瘤和和重重要要器官的影像信息，直接为作治疗计划设计器官的影像信息，直接为作治疗计划设计; ; 2.2.用于治疗方案的验证与模拟。用于治疗方案的验证与模拟。 第三节第三节 治疗计划设计的步骤治疗计划设计的步骤放疗基本流程图放疗基本流程图收集病人材料收集病人材料确定治疗方针确定治疗方针模拟机下模拟机下预预 定定 位位CT(MRI) CT(MRI) 定定 位位治疗计划治疗计划设设 计计治疗计划治疗计划 确确 认认铅铅模模或或模模板板制制作作或或电电动动MLCMLC系统系

17、统加速器加速器照照 射射射野验证射野验证剂量验证剂量验证放射治疗计划设计的步骤放射治疗计划设计的步骤影影 像像 学学 资料输入资料输入勾勾 画画轮轮 廓廓照射野照射野的设计的设计剂量计算剂量计算与与 显显 示示计划评价计划评价射野修改射野修改计划优选计划优选处方剂量处方剂量计划验证计划验证影像学资料输入勾勾 画轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改影像学资料输入影像学资料输入u 将将带带有有立立体体定定位位框框架架标标记记的的CTCTMRIMRI等等影影像像通通过过网网络络或或光光盘盘等等

18、方方式式输输入入到到治治疗疗计计划划系系统统, , 作作为为计计划划设设计计的基础的基础 勾勾 画画 轮轮 廓廓影像学资料输入影像学资料输入勾勾 画轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改u 勾画体轮廓勾画体轮廓u 勾勾画画GTV、CTV、PTV、OAR照射野的设计照射野的设计影像学资料输入影像学资料输入勾勾 画轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改u 正向设计：正向设计： 根根据据放放

19、射射物物理理学学知知识识、射射野野设设计计经经验验、靶靶区区与与危危险险器器官官的的位位置置关关系系、医医师师对对靶靶区区的的剂剂量量要要求求和和对对危危险险器器官官的的剂剂量量限限制制等等，合合理理选选择择射射线线性性质质、能能量量、射射野野多多少少、入入射射方方向向、组组织织补补偿偿等等参参数数，再计算剂量分布的设计方式。再计算剂量分布的设计方式。 逆向设计逆向设计 先设定剂量分布，再由先设定剂量分布，再由TPSTPS自动设自动设计治疗参数，优化和选择照射计划的计治疗参数，优化和选择照射计划的设计方式。设计方式。 逆向设计是调强放射治疗计划的逆向设计是调强放射治疗计划的设计方式。设计方式。

20、计划设计方式计划设计方式正正 向向 逆逆 向向正向手工布野正向手工布野1.从入射面到靶区中心距离短从入射面到靶区中心距离短2.避开危及器官避开危及器官3.射野边平行于靶区的最长边射野边平行于靶区的最长边4.与相邻射野夹角大与相邻射野夹角大121212如何选择射野方向如何选择射野方向? ?123剂量计算与显示剂量计算与显示影像学资料输入影像学资料输入勾勾 画轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改u计算剂量计算剂量u显示等剂量分布显示等剂量分布 二二维维横横切切面面、冠冠状状切切面面、矢矢状状

21、切切面面剂剂量量分分布布图图；三维剂量分布图；三维剂量分布图；计划评价计划评价影像学资料输入影像学资料输入勾勾 画轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改1.1.二二维维横横切切面面、冠冠状状切切面面、 矢状切面剂量分布图；矢状切面剂量分布图；2.2. 三维剂量分布图；三维剂量分布图；3.3. DVHDVH图；图；4.4. 剂剂量量统统计计表表(Dmax(Dmax、DminDmin、平均剂量等平均剂量等) )5.5. 适形指数适形指数(CI)(CI)6.6. 生物学指标生物学指标二维横切面、

22、冠状切面、矢状切面剂量分布图二维横切面、冠状切面、矢状切面剂量分布图矢状面横断面计划评价工具计划评价工具: 2D: 2D、3D3D剂量分布显示剂量分布显示冠状面三维剂量分布图三维剂量分布图计划评价工具计划评价工具: : 剂量体积直方图剂量体积直方图 剂剂量量体体积积直直方方图图(Dose (Dose Volume Volume Histogram, Histogram, DVH)DVH)是是描描述述一一个个解解剖剖结结构构中中，照照射射剂剂量量水水平平和和照照射射体体积积之之间间的统计学关系的直方图。的统计学关系的直方图。剂量统计表剂量统计表射野修改射野修改影像学资料输入影像学资料输入勾勾 画

23、轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改1.1. 修改射束方向；修改射束方向；2.2. 修改射野形状；修改射野形状；3.3. 修改射野权重；修改射野权重；4.4. 修改射线性质和修改射线性质和/ /或能或能 量；量；5. 5. 修改射野修饰。修改射野修饰。计划优选处方剂量计划优选处方剂量影像学资料输入影像学资料输入勾勾 画轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改u多多个个方方案案进进行行比

24、比较较，从从中中选选出出最最优优的的治治疗疗计划。计划。计计 划划 验验 证证影像学资料输入影像学资料输入勾勾 画轮画轮 廓廓照射野的设计照射野的设计剂量计算与显示剂量计算与显示计划评价计划评价计划优选处方剂量计划优选处方剂量计划验证计划验证射射野野修修改改u 位置精度的验证位置精度的验证 等中心精度等中心精度 距离精度距离精度u 剂量精度的验证剂量精度的验证 等中心绝对剂量等中心绝对剂量 等剂量分布等剂量分布第四节第四节 治疗体位及体位固定技术治疗体位及体位固定技术治疗体位及体位固定技术治疗体位及体位固定技术 l体位固定的目的体位固定的目的 保保证证患患者者从从肿肿瘤瘤定定位位到到治治疗疗计

25、计划划设设计计、模模拟拟、确确认认及及每每天天重重复复治治疗疗的的整整个个定定位位、摆摆位位过过程程中中，患患者者体体位位的的一一致致性性。即即提提高高摆摆位位时时体体位位的重复性和治疗的准确性。的重复性和治疗的准确性。治疗体位的选择治疗体位的选择 合合适适的的体体位位既既要要考考虑虑到到布布野野要要求求，又又要要考考虑虑到到患患者者的的一一般般健健康康条条件件和和每每次次摆摆位位时时体体位位的的可可重重复复性性。在在确确定定患患者者治治疗疗体体位位时时，要要首首先先根根据据治治疗疗技技术术的的要要求求，借借助助治治疗疗体体位位固固定定器器让让患患者得到一个较舒适的、重复性好的体位。者得到一个

26、较舒适的、重复性好的体位。 头颈部固定装置头颈部固定装置体位固定装置体位固定装置真空袋真空袋体位固定装置体位固定装置 摆位时用的各种面摆位时用的各种面模、体模、气垫模、体模、气垫 ：检：检查是否存在漏气，了解查是否存在漏气，了解面模、体模的收缩率。面模、体模的收缩率。上机治疗上机治疗治疗体位治疗体位小小 结结l计划设计定义计划设计定义l临床剂量学原则临床剂量学原则l外照射靶区剂量分布的规定外照射靶区剂量分布的规定 肿肿瘤瘤区区(GTV)(GTV)、临临床床靶靶区区(CTV)(CTV)、内内靶靶区区(ITV)(ITV)、计计划划靶靶区区 (PIV)(PIV)、治治疗疗区区 (TV)(TV)、照照射射区区(IV)(IV)、危及器官（危及器官（OAR)OAR)l治疗计划设计涉及的设备治疗计划设计涉及的设备 治疗计划系统（治疗计划系统（TPS)TPS) 模拟定位机模拟定位机l放射治疗计划设计的步骤放射治疗计划设计的步骤l治疗体位及体位固定技术治疗体位及体位固定技术 治疗体位的选择治疗体位的选择 体位固定技术体位固定技术