放射治疗的计划设计
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放射治疗的计划设计. 大连医科大学第临床学院 肿瘤学教研室 陈 英 海. 本节课的主要内容. 计划设计的定义、临床剂量学原则 靶区及靶区剂量的规定 放射治疗计划设计的步骤 体位的选择及体位固定器的应用. 第一节 临床剂量学原则. 放射治疗的基本目标. 放射治疗的根本目的在于给予肿瘤区域很高的治愈剂量而其周围组织和器官接受的剂量却最少,即 提高放射治疗的治疗增益比。 治疗增益比:因某种治疗技术致成的肿瘤控制率与周围正常组织损伤率之比。. 计划设计定义. 计划设计定义为确定一个治疗方案的全过程。

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放射治疗的计划设计

大连医科大学第临床学院

肿瘤学教研室

陈 英 海


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本节课的主要内容

  • 计划设计的定义、临床剂量学原则

  • 靶区及靶区剂量的规定

  • 放射治疗计划设计的步骤

  • 体位的选择及体位固定器的应用


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第一节 临床剂量学原则


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放射治疗的基本目标

  • 放射治疗的根本目的在于给予肿瘤区域很高的治愈剂量而其周围组织和器官接受的剂量却最少,即提高放射治疗的治疗增益比。

  • 治疗增益比:因某种治疗技术致成的肿瘤控制率与周围正常组织损伤率之比。


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计划设计定义

  • 计划设计定义为确定一个治疗方案的全过程。

  • 传统上,它通常被理解为计算机根据输入的患者治疗部位的解剖材料及相关组织的密度等,安排合适的射野 (如体外照射) 或合理布源 (如近距离照射) ,包括使用楔形滤过板、射野挡块或组织补偿器等进行剂量计算,得到所需要的剂量分布。


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  • 从广义上,上述定义应理解为:确定一个治疗方案的量化的过程,包括CT/MRI/DSA等图像的输入及处理;医师对治疗方案包括靶区剂量及其分布、重要器官及其限量、剂量给定方式等的要求及实现;计划确认及计划执行中精度的检查和误差分析等。显然按照这种理解,计划设计过程应是一个对整个治疗过程不断进行量化和优化的过程。

  • 治疗计划系统成为整个治疗过程的有机连结体中的一个重要纽带。


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临床剂量学原则

  • 一个较好的治疗计划应满足下列四项条件:

    1、肿瘤剂量要求准确,照射野应对准所要治疗的肿瘤区即靶区。

    2、治疗的肿瘤区域内,剂量分布要均匀,剂量变化梯度不能超过±5%,即要达到≥90%的剂量分布。

    3、射野设计应尽量提高治疗区域内剂量,降低照射区正常组织受量范围。

    4、保护肿瘤周围重要器官免受照射,至少不能使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。


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第二节 靶区剂量分布的规定


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外照射靶区剂量分布的规定

  • 肿瘤区 (gross target volume, GTV)

  • 临床靶区 (clinical target volume, CTV)

  • 内靶区 (internal target volume, ITV)

  • 计划靶区 (planning target volume, PIV)

  • 治疗区 (treatment volume, TV)

  • 照射区 (irradiation volume, IV)


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肿 瘤 区 (GTV)

指肿瘤的临床灶,为一般的诊断手段 (包括CT和MRI) 能够诊断出的可见的具有一定形状和大小的恶性病变的范围,包括转移的淋巴结和其他转移的病变。


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临床靶区 (CTV)

  • 指按一定的时间剂量模式给予一定剂量的肿瘤的临床灶 (肿瘤区)亚临床灶以及肿瘤可能侵犯的范围。

    CTV 包括GTV和亚临床灶


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内靶区 (ITV)

  • 在患者坐标系中,CTV(GTV)的位置是在不断变化的 ,由于呼吸或器官运动或照射中CTV体积和形状的变化所引起的CTV外边界运动的范围,称为内边界(IM)。内边界 (IM)的范围,定义为内靶区ITV。


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计划靶区 (PIV)

  • PTV是考虑到治疗过程中器官和病人的移动、射野误差及摆位误差而提出的一个静态的几何概念。PTV包括CTV和考虑到上述因素而在CTV周围扩大的范围。

    PTV margin: ① 靶区的移动;

    ② 射野和摆位误差。

    ITV=CTV+ ①

    PTV=CTV+ ①+ ②


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影响PTV与CTV间距的因素

  • 靶区定位的不确定度SDtl

    • 器官运动

    • 医学影像设备分辨能力的局限

  • 患者摆位误差SDps

    • 患者体位变化

    • 患者身体状况,如体重变化

    • 激光灯和光距尺的误差

  • 射野位置误差SDbs


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    治疗区 (TV)

    • 对一定的照射技术及射野安排,某一条等剂量线面所包括的范围。

      通常选择以90%等剂量线为代表的靶区最小剂量Dmin作为治疗区范围的下限。一个好的治疗计划,应该使其剂量分布的形状与计划靶区的形状相一致。但由于目前照射技术的限制,不能达到这一点,这是定义治疗区的原因之一;另外治疗区的形状和大小与计划靶区的符合程度,也可提供医师一个很好的评价治疗计划的标准。


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    照射区 (IV)

    • 对一定的照射技术及射野安排,50%等剂量线面所包括的范围。照射区的大小,直接反映了治疗方案设计引起的体积积分剂量即正常组织剂量的大小。


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    危及器官 (OAR)

    • 指可能卷入射野内的重要组织或器官,它们的放射敏感性(耐受剂量)将显著地影响治疗方案的设计或确定靶区处方剂量的大小。


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    各区域定义图示

    肿瘤区(GTV)

    照射区

    治疗区

    临床靶区(CTV)

    内靶区(ITV)

    计划靶区(PTV)


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    靶区定义:例

    左侧乳腺局部切除后术后放疗


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    各种类型、不同期别肿瘤的致死剂量


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    正常组织耐受剂量


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    第三节 治疗计划设计涉及的设备


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    治疗计划设计涉及的设备

    • 治疗计划系统(TPS)

    • 模拟定位机

    • CT模拟定位机


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    1. 治疗计划系统

    治疗计划系统是设计治疗计划的计算机软硬件系统,主要有四/五个功能模块组成:

    • 图像处理: 可输入和处理患者图像

    • 射野布置:可设定照射野相对于患者坐标系的空间位置

    • 逆向计划:根据临床处方剂量要求,定义最优化问题并

      求解

    • 剂量计算:可计算患者治疗部位的剂量分布

    • 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


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    3D治疗计划系统

    • 3D图像: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3D

      假体

    • 3D布野:可设定共面和非共面射野

    • 3D计算:可采用3D剂量计算模型计算患者治疗

      部位的剂量分布

    • 3D显示:可3D显示患者解剖结构、射野布置和

      剂量分布


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    2. 模拟定位机


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    模拟定位机的功能

    • 靶区及重要器官的定位;

    • 确定靶区(或危及器官)的运动范围;

    • 治疗方案的确认(治疗前模拟);

    • 勾画射野和定位、摆位参考标记;

    • 拍摄射野定位片或证实片;

    • 检查射野挡块的形状及位置;


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    归结起来完成两件事情:

    • 为医师和计划设计者提供有关肿瘤和重要器官的影像信息,直接为作治疗计划设计;

    • 用于治疗方案的验证与模拟。


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    第三节 治疗计划设计的步骤


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    放疗基本流程图

    收集病人材料

    确定治疗方针

    模拟机下

    预 定 位

    CT(MRI) 定 位

    铅模或模板制作或电动MLC系统

    治疗计划 确 认

    治疗计划设 计

    射野验证

    剂量验证

    加速器

    照 射


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    放射治疗计划设计的步骤

    影 像 学 资料输入

    勾 画

    轮 廓

    照射野

    的设计

    计划验证

    射野修改

    剂量计算与 显 示

    计划优选处方剂量

    计划评价


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    影像学资料输入

    • 将带有立体定位框架标记的CT/MRI等影像通过网络或光盘等方式输入到治疗计划系统, 作为计划设计的基础


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    勾 画 轮 廓

    • 勾画体轮廓

    • 勾画GTV、CTV、PTV、OAR


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    照射野的设计

    • 正向设计:

    • 根据放射物理学知识、射野设计经验、靶区与危险器官的位置关系、医师对靶区的剂量要求和对危险器官的剂量限制等,合理选择射线性质、能量、射野多少、入射方向、组织补偿等参数,再计算剂量分布的设计方式。


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    逆向设计:

    先设定剂量分布,再由TPS自动设计治疗参数,优化和选择照射计划的设计方式。

    逆向设计是调强放射治疗计划的设计方式。


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    计划设计方式

    正 向 逆 向


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    正向手工布野

    • 从入射面到靶区中心距离短

    • 避开危及器官

    • 射野边平行于靶区的最长边

    • 与相邻射野夹角大


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    如何选择射野方向?

    2

    2

    1

    1

    2

    1

    1

    3

    2


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    剂量计算与显示

    • 计算剂量

    • 显示等剂量分布

    • 二维横切面、冠状切面、矢状切面剂量分布图;三维剂量分布图;


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    计划评价

    • 二维横切面、冠状切面、 矢状切面剂量分布图;

    • 三维剂量分布图;

    • DVH图;

    • 剂量统计表(Dmax、Dmin、平均剂量等)

    • 适形指数(CI)

    • 生物学指标


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    二维横切面、冠状切面、矢状切面剂量分布图


    2d 3d

    横断面

    冠状面

    矢状面

    计划评价工具: 2D、3D剂量分布显示


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    三维剂量分布图


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    计划评价工具: 剂量体积直方图

    剂量体积直方图(Dose Volume Histogram, DVH)是描述一个解剖结构中,照射剂量水平和照射体积之间的统计学关系的直方图。


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    剂量统计表


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    射野修改

    修改射束方向;

    修改射野形状;

    修改射野权重;

    修改射线性质和/或能

    量;

    5. 修改射野修饰。


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    计划优选处方剂量

    • 多个方案进行比较,从中选出最优的治疗计划。


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    计 划 验 证

    • 位置精度的验证

      等中心精度

      距离精度

    • 剂量精度的验证

      等中心绝对剂量

      等剂量分布


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    第四节 治疗体位及体位固定技术


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    治疗体位及体位固定技术

    • 体位固定的目的

      保证患者从肿瘤定位到治疗计划设计、模拟、确认及每天重复治疗的整个定位、摆位过程中,患者体位的一致性。即提高摆位时体位的重复性和治疗的准确性。


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    治疗体位的选择

    合适的体位既要考虑到布野要求,又要考虑到患者的一般健康条件和每次摆位时体位的可重复性。在确定患者治疗体位时,要首先根据治疗技术的要求,借助治疗体位固定器让患者得到一个较舒适的、重复性好的体位。


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    头颈部固定装置


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    体位固定装置


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    真空袋


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    体位固定装置


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    摆位时用的各种面模、体模、气垫 :检查是否存在漏气,了解面模、体模的收缩率。


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    治疗体位

    上机治疗


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    小 结

    • 计划设计定义

    • 临床剂量学原则

    • 外照射靶区剂量分布的规定

      肿瘤区(GTV)、临床靶区(CTV)、内靶区(ITV)、计划靶区 (PIV)、治疗区 (TV)、照射区(IV)、危及器官(OAR)

    • 治疗计划设计涉及的设备

      治疗计划系统(TPS)

      模拟定位机


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    影像学资料输入

    勾 画轮 廓

    照射野的设计

    射野修改

    剂量计算与显示

    计划评价

    计划优选处方剂量

    计划验证

    • 放射治疗计划设计的步骤

    • 治疗体位及体位固定技术

      治疗体位的选择

      体位固定技术


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