治疗计划设计(课件）.ppt

治疗计划的设计河南省肿瘤医院放疗科 李计划设计的基础知识；CRT计划设计；IMRT计划设计；存在的问题；个好的治疗计划应满足下述四项原则：1. 照射野应对准所要治疗的肿瘤区;2. 肿瘤剂量要求准确；靶区内剂量分布要均匀;3. 照射野设计应尽量提高治疗区域内，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剂量范围的照射; 治疗增益比：表示用某种治疗技术致成的肿瘤控制率(TCP)与周围正常组织损伤率之比(NTCP). 该值正比于两者所受的剂量之比 治疗比：正常组织耐受量与肿瘤致死量之比.不受治疗技术的影响 肿瘤的控制概率(TCP):是消灭肿瘤细胞的概率,随剂量变化而变化达到95%的肿瘤控制率所需的剂量(TCD95)定义为肿瘤致死量 正常组织放射反应概率(NTCP):正常组织放射并发症的概率，也随剂量变化而变化 肿瘤致死剂量：是指放射线使得绝大部分肿瘤细胞破坏死亡而达到局部治愈的 放射线的剂量 表达正常组织耐受量: TD5/5：表明在所有用标准治疗条件的肿瘤患者中，治疗后5年因放射造成严重损伤者不超过5%，即最小损伤剂量 TD50/5：表明在所有用标准治疗条件的肿瘤患者中,治疗后5年因放射造成严重损伤者不超过50%，即最大损伤剂量。

V20、V30、V15；1/3体积、1/2体积、2/3体积等计划设计定义 计划设计是根据临床要求，利用现有技术条件，优化确定一个治疗方案的全过程，优化的前提是现有技术条件，优化的标准是满足临床要求，甚至超出临床要求整个设计过程1、输入病人图像，登记及匹配图像; 物理师2、定义解剖结构，靶区、危及器官、轮廓等; 物理师/医生3、参数设定，优化过程，计划制作; 物理师4、计划评估; 物理师/医生5、计划输出，打印; 物理师外照射分类1、常规照射：计划由医生根据病人体厚及治疗机剂量数据手算，不经过计算机计划系统制作2、经典适形照射：经计算机计划系统，BEV方向射野形状与靶区几何形状一致靶区内剂量分布均匀3、调强照射：在上述2的基础上做到靶区内剂量强度分布可调整正向计划及逆向计划1、正向计划: 人工选取参数,依赖于设计者的水平和经 验方案可接受,但不一定最佳2、逆向计划: 新技术治疗参数太多, 尤其调强人工优化难于实现1988年 Brahme提出逆向计划的概念-由予期的物理目标函数(剂量分布) 或生物学目标函数, 由计算机(算法)确定出优化的治疗参数 3、两者区别：正向是先设计一个治疗方案，然后观察剂量分布是否满足治疗的要求；逆向是根据治疗要求确定的剂量分布去设计一个治疗方案。

4、使用：CRT(适形/多野照射)不需要逆向设计，IMRT必须使用逆向设计，但整个过程是正向和逆向结合目标函数1、目标函数表达治疗要求实现的目标，对运算给予一定的限制目前有物理学目标函数及生物学目标函数二种2、物理目标函数: 通过限定靶区和危及器官应达到的剂量分布来实施剂量分布的优化根据放疗剂量学原则，量化后应包括下列内容： 1) 靶区内的最低剂量、平均剂量、剂量的均匀性； 2) 危及器官内的最高剂量，相应的剂量体积要求；3) 靶区与治疗区的适合度3、 生物目标函数限定应达到的治疗结果,通常表达为最大的肿瘤控制率(TCP)同时维持正常组织并发症(NTCP)到可接受的低水平或达到无并发症的肿瘤控制率 理论上,生物目标函数与治疗结果相关，应当是最佳优化，但实际上，生物目标函数尚达不到实用要求，目前仍广泛地采用物理目标函数4、 优化算法涉及复杂的数学 有卷积、迭代、超级迭代等最精确的算法是蒙卡算法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个功能模块组成：1、图象处理：可输入和处理患者图像2、射野布置：可设定照射野相对于患者坐标系的空间位置3、剂量计算：可计算患者治疗部位的剂量分布。

4、计划评价：可利用2D等剂量分布（或3D）、剂量体积直方图、剂量统计表等工具评价计划治疗计划5、文本打印及计划的电子文档输出，通过网络或其它数字传输方式（光盘或磁带或磁光盘等）3D 治疗计划系统（相对于2D）1、3D 图象:可输入多种模式的患者断层图象；可配准不同模式的图像（如CT/MRI/PET），可重建患者患者3D 假体2、3D 布野：可设定共面和非共面射野3、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4、3D 显示：可3D 显示患者解剖结构、射野布置和剂量分布位置关系虚拟模拟工具:射野方向观及医生方向观射野方向观(Beam s eyeview,BEV)： 设想计划设计者站在放射源位置，沿射野中心轴方向观看射野与患者治疗部位之间的相互位置关系医生方向观Room s Eye View (REV)： 设想计划设计者站在治疗室某个位置观察到的治疗机(射野)和患者(治疗部位)之间的空间位置关系计划评估的工具：1、2D（3D）不同色度的等剂量线面，能详细描述各个点的剂量2、剂量体积直方图 (Dose Volume Histogram,DVH)：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。

无空间位置信息，不能说明剂量热点或冷点的位置3、剂量统计表与DVH图结合）CRT及IMRT适应证 CRT 射野形状适合靶区投影形状应视为放疗的基本要求，CRT 应作为放疗的常规，适应于所有适合放射治疗的不需要或因经济条件不能做IMRT 的情况 IMRT1、肿瘤局部控制失败占主要的癌瘤2、解剖结构复杂(周围有多种重要器官)、形状比较复杂(凹形)，或多靶点的肿瘤3、固定效果好，器官运动幅度较小的肿瘤4、常规放疗疗效很好，希望进一步减少放射并发症和改进患者疗后的生存质量5、临床上新的治疗方法，如同步加量CRT计划设计1、选择射野方向；2、选择能量；3、确定射野形状；4、确定射野权重和楔形板；5、评价治疗计划的质量；1、选择射野方向：1）与相邻射野夹角尽可能大，均匀分摊角度； 2）避开危及器官；3）射野边平行于靶区的最长边；4）从入射面到靶区中心距离尽可能短（靶中心偏体中心） ；5）头部肿瘤方向选择可非共面目前是手选方式，还无法达到逆向自动优化2、能量选择：1、头颈部肿瘤，能量选择=8 MV，多用6MV2、胸部肿瘤由于肺的影响，拟采用低能而不是高能，多用6MV建议4-12 MV3、 腹部肿瘤，拟采用高能，如15、18MV。

因涉及中子防护，须根据病人量大小决定射野形状： 在BEV方向上使射形状与靶区几何形状一致，用MLC或铅挡利用工具使MLC适形度最好，如厚叶片MLC可旋转光栅角；手动修饰MLC叶片的位置等 由于射野边缘有半影,需加5-8 mm间隙使挡块或MLC自动适合靶区投影形状，才能保证靶区剂量分布均匀射野权重和楔形板：射野权重楔形板使用：最终目的是使靶区内的剂量分布均匀，靶区内的剂量梯度为零 对多野照射，射野权重的调节可改变某个射野对靶区剂量的贡献及正常组织的受照剂量 楔形板的应用主要有三个方面：1）偏体中心肿瘤用两野交叉照射时剂量不均匀问题2）利用适当角度的楔形板，对人体曲面和缺损组织进行组织补偿3）利用楔形板改善剂量分布 有固定角度、一楔合成的物理楔形板，及利用MLC的运动实现的动态楔形板临床多用物理楔形板 计划的评估1、是否满足临床的各项要求； 靶区的处方剂量达到与否，危及器官的剂量限制等2、是否已无改进的余地； 力求做到最优3、是否可以实施和实施效率； 治疗计划必须结合本单位治疗机条件：如光栅下缘到等中心的距离，最大射野，楔形野的最大射野，射线能量，有无外挂MLC等IMRT计划设计 与CRT比较，IMRT计划设计的特点有： 1、选择射野方向的规则不同 2、选择能量的规则不同 3、确定射野形状的规则相同 4、临床处方剂量要求应更明确，对靶区定义准确性的要求更高 5、可以定义剂量成形结构 6、通常采用逆向方式结合正向设计计划 7、评价治疗计划质量的指标有所不同射野方向选择 1、以采用奇数射野对称分布为起点布置射野，可不用避开危及器官。

2、等角度间隔布野的基础上调整射野方向可能改善计划质量3、鼻咽癌多采用7/9个共面等机架角均分的布野方案，前列腺癌多采用5-7个射野能量选择： 多选用低能，小于或等于8MV； 治疗计划的制作结果可能与能量无关靶区形状的优化与CRT相同处方剂量的要求更明确各定义轮廓的剂量体积要求更详细，更明确，目的性更强靶区处方剂量应至少包括95%靶体积；危及器官也有更细化的要求：串型器官Dmax约束；并型器官Dv约束；其它Dmax结合Dv约束剂量热点和冷点 在孤立的剂量热点或冷点定义小的结构，给予适当的剂量或剂量体积约束，可以消除这些热点或冷点IMRT计划一般采用逆向方式设计 设定的优化目标/约束条件，通过求解最优化问题确定射野强分布和照射子野序列； 优化目标设定原则；1、对靶区和危及器官，将临床处方剂量要求设定为优化目标，加高权重；2、对靶区和危及器官，设定辅助优化目标，加中/低权重；3、对剂量限制成形结构设定辅助优化目标，加低权重；照射子野序列的确定 传统分步法:采用两至四步确定子野序列第一步:优化得到照射野的强度分布；第二步:由强度分布产生子野序列；第三/四步：优化子野权重； 直接子野优化方法， 直接优化每个照射野的每个子野的形状和机器跳数，一步确定子野序列。

传统方法的局限性 在强度分布转换时，计划质量可能变差，本已满足的临床要求可能不再满足； 可能会生成一些小的、形状很不规则的子野，这些子野可能影响患者受照剂量的准确度； 子野数目多，MU多，导致治疗时间长； 计划设计时间长；直接子野优化的概念 直接子野优化(Direct Segment Optimization,DSO) 是一种新型的IMRT计划设计方法, 亦称Direct Aperture Optimization 或Direct Machine Parameter Optimization 该方法通过定义、求解最优化问题，直接优化确定每个照射野的每个子野的形状和机器数该方法将调强放疗计划设计的多步合并为一步IMRT计划的评估与CRT相同之处：1、是否满足临床的各项要求； 靶区的处方剂量达到与否，危及器官的剂量限制等；2、是否已无改进的余地，力求做到最优；3、是否可以实施和实施效率；不同于CRT之处：1、子野数目和MU是评价实施效率的重要指标；2、靶区剂量均匀度的要求可适当放松；3、可能出现分散、孤立的剂量热点/冷点；CRT/IMRT计划设计中存在的问题1、靶区位置的不确定性； 呼吸门控、4D优化、IGRT等方法。

2、物理剂量目标/约束有局限性 结合EUD目标/约束实施优化 等效均匀剂量概念 对于靶区或正常组织，不均匀剂量分布产生的放射生物学效应可以与某个均匀剂量分布等效，该均匀剂量称为等效均匀剂量(Equivalent Uniform dos,EUD).EUD优化的应用价值 EUD是介于物理剂量和生效效应之间的参数，可做为物理剂量优化向生物效应优化过渡的的一个桥梁对危及器官给定最大EUD约束，有助于减少该器官整体受照剂量 但EUD优化对靶区的作用不显著 注意的问题:1、目前的放疗技术及放疗平台，物理计划室的责任非常大，必须杜绝错误2、按照规章操作，上级物理师及主管医生通过后；方能出治疗单及传输电子计划；3、IMRT应特别检查是否分次和分子野； 谢谢! 。