放射治疗的计划设计.ppt

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 临床剂量学原则第一节 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放射治疗的根本目的在于给予肿瘤区域很高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的治愈剂量而其周围组织和器官接受的剂量却最少，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

2、疗增益比。治疗增益比：因某种治疗技术致成的肿瘤控治疗增益比：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。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。传统上，它通常被理解为计算机根据输入的患传统上，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，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 安排合适的射野(如体外照射如体外照射)或合理布源 或合理布源(如近距离照射如近距离照射)，包括使用楔形滤过板、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

3、所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。需要的剂量分布。从广义上，上述定义应理解为：从广义上，上述定义应理解为：确定一个治疗方案的确定一个治疗方案的量化的过程量化的过程，包括包括 CTCT MRI/DSAMRI/DSA 等图像的输入及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，照这种理解，计划设计过程应是一个对整个治疗过程

4、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。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。个重要纽带。临床剂量学原则临床剂量学原则 一个较好的治疗计划应满足下列四项条件：一个较好的治疗计划应满足下列四项条件：1 1、肿瘤剂量要求肿瘤剂量要求准确准确，照射野应，照射野应对准对准所要治疗的所要治疗的肿瘤区即靶区。肿瘤区即靶区。2 2、治疗的肿瘤区域内，剂量分布要治疗的肿瘤区域内，剂量分布要均匀均匀，剂量变，剂量变化梯度不能超过化梯度不能超过 55，即要达到，即要达到 9090 的剂量分的剂量分布。布

5、。3 3、射野设计应、射野设计应尽量尽量提高提高治疗区域内剂量，治疗区域内剂量，降低降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、保护保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不能使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。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 靶区剂量分布的规定第二节 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肿瘤区 肿瘤区(gross target volume,(gross target volume,GTVGTV )临床靶区 临床靶区(clinical

6、target volume,(clinical target volume,CTVCTV)内靶区 内靶区(internal target volume,(internal target volume,ITVITV )计划靶区 计划靶区(planning target volume,(planning target volume,PTVPTV )治疗区 治疗区 (treatment volume,(treatment volume,TVTV)照射区 照射区(irradiation volume,(irradiation volume,IVIV)肿 瘤 区 肿 瘤 区 (GTV)(GTV)指肿瘤的

7、临床灶指肿瘤的临床灶，为一般的诊断手段，为一般的诊断手段(包括包括CTCT 和和 MRI)MRI)能够诊断出的可见的具有一定形状和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。转移的病变。临床靶区 临床靶区(CTV)(CTV)指按一定的时间剂量模式给予一定剂量的指按一定的时间剂量模式给予一定剂量的肿瘤肿瘤的临床灶 的临床灶(肿瘤区肿瘤区)亚临床灶以及肿瘤可能侵亚临床灶以及肿瘤可能侵犯的范围。犯的范围。CTV CTV 包括包括 GTVGTV 和亚临床灶和亚临床灶内靶区 内靶区(ITV)(ITV)在患者坐标系中，

8、在患者坐标系中，CTV(GTV)CTV(GTV)的位置是在不的位置是在不断变化的，由于呼吸或器官运动或照射中断变化的，由于呼吸或器官运动或照射中CTVCTV 体积和形状的变化所引起的体积和形状的变化所引起的 CTVCTV 外边界外边界运动的范围，称为内边界运动的范围，称为内边界(IM)(IM)。内边界。内边界(IM)(IM)的范围，定义为内靶区的范围，定义为内靶区 ITVITV。计划靶区 计划靶区(PTV)(PTV)PTVPTV 是考虑到治疗过程中器官和病人的移动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、射野误差及摆位误差而提出的一个静态的几何概念。何概念。P

9、TVPTV 包括包括 CTVCTV 和考虑到上述因素而和考虑到上述因素而在在 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+靶区定位的不确定度靶区定位的不确定度靶区定位的不确定度靶区定位的不确定度 SDSDSDSDtltltltl器官运动器官运动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患者摆位误差患者摆位误差患者摆位误差患者摆位误差 SDSDSDSDps

10、pspsps患者体位变化患者体位变化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，如体重变化患者身体状况，如体重变化患者身体状况，如体重变化激光灯和光距尺的误差激光灯和光距尺的误差激光灯和光距尺的误差激光灯和光距尺的误差射野位置误差射野位置误差射野位置误差射野位置误差 SDSDSDSDbsbsbsbs影响影响 PTVPTV 与与 CTVCTV 间距的因间距的因素素治疗区（治疗区（TVTV）对一定的照射技术及射野安排，对一定的照射技术及射野安排，某一条等剂量某一条等剂量线面所包括的范围线面所包括的范围。通常选择以通常选择以 9090 等剂量线为代表等剂量线为代表的靶区的靶区最小剂

11、量最小剂量 DDminmin作为治疗区范围的下限。一个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。疗计划的标准。照射区（照射区（IVIV）对一定的照射技术及射野安排，对一定的照射技术及射野安排，5050

12、等剂量等剂量线面所包括的范围线面所包括的范围。照射区的大小，直接反映照射区的大小，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。织剂量的大小。危及器官 危及器官 (OAR)(OAR)指指可能卷入射野内的重要组织或器官可能卷入射野内的重要组织或器官，它们的，它们的放射敏感性放射敏感性(耐受剂量耐受剂量)将显著地影响治疗方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。案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

13、(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 第三节 治疗计划设计涉及的第三节 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治疗计划系统（治疗计划系统（TPS)模拟定位机模拟定位机CTCT 模拟定位机模拟定位机1.1.治疗计划系统治疗计划系统图像处理图像处理: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

14、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计划评价：可利用等剂量分布、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 治疗计划系统是设计治疗计划的计算机治疗计划系统是设计治疗计划的计算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3D3D 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

15、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3D3D 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3D3D 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型计算患者治疗 部位的剂量分布部位的剂量分布3D3D 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)的运动范的运动范围围;3.3.治疗方案的确认治疗方案的

16、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.为医师和计划设计者提供有关肿瘤和重要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 治疗计划设计的步骤第三节 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确定治疗方针模拟机下预 定 位CT(M

17、 RI)定 位治疗计划设 计治疗计划 确 认铅模或模板制作或电动M LC系统加速器照 射射野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 像 学 影 像 学 资料输入资料输入勾 画勾 画轮 廓轮 廓照射野照射野的设计的设计剂量计算剂量计算与 显 示与 显 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 画轮 廓勾 画轮 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野修改射野修改影像学资料输入影像学资料输入 将带有立体定位框架标将带有立体定位框架标记的记的

18、 CTCT MRIMRI 等影像通等影像通过网络或光盘等方式输入过网络或光盘等方式输入到治疗计划系统到治疗计划系统,作为计作为计划设计的基础划设计的基础 勾 画 轮 廓勾 画 轮 廓影像学资料输入影像学资料输入勾 画轮 廓勾 画轮 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野修改射野修改 勾画体轮廓勾画体轮廓 勾画勾画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 画轮 廓勾 画轮 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

19、剂量计划验证计划验证射野修改射野修改 正向设计：正向设计：根据放射物理学知识、射根据放射物理学知识、射野设计经验、靶区与危险器官的野设计经验、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，求和对危险器官的剂量限制等，合理选择射线性质、能量、射野合理选择射线性质、能量、射野多少、入射方向、组织补偿等参多少、入射方向、组织补偿等参数，再计算剂量分布的设计方式。数，再计算剂量分布的设计方式。逆向设计逆向设计逆向设计逆向设计 先设定剂量分布，再由先设定剂量分布，再由 TPSTPS 自动自动设计治疗参数，优化和选择照射计划设计治疗参数，优化和选择照射

20、计划的设计方式。的设计方式。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。计划设计方式计划设计方式正 向 逆 向正向手工布野正向手工布野1.1.从入射面到靶区中心距离短从入射面到靶区中心距离短2.2.避开危及器官避开危及器官3.3.射野边平行于靶区的最长边射野边平行于靶区的最长边4.4.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?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 画轮 廓勾 画轮 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野修改射野修改计

21、算剂量计算剂量显示等剂量分布显示等剂量分布 二维横切面、冠状二维横切面、冠状切面、矢状切面剂量分布切面、矢状切面剂量分布图；三维剂量分布图；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 画轮 廓勾 画轮 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野修改射野修改1.1.二维横切面、冠状切面、二维横切面、冠状切面、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.剂量统计表剂量统计表(Dmax(Dmax、DminDmin、平均、平均

22、剂量等剂量等)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、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面状面横断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面状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 剂量体积直方图剂量体积直方图(Dose Volume Histogram,(Dose Volume Histogram,DVH)DVH)是描述一个解剖结构中，照射剂量水平和照射体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。积之间的统计学关

23、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 画轮 廓勾 画轮 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野修改射野修改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/或或能 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 画轮 廓勾 画轮 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

24、量计划优选处方剂量计划验证计划验证射野修改射野修改多个方案进行比较多个方案进行比较，从中选出最优的治，从中选出最优的治疗计划。疗计划。计 划 验 证计 划 验 证影像学资料输入影像学资料输入勾 画轮 廓勾 画轮 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野修改射野修改 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 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 治疗体位及体位固定技术第四节 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

25、术 体位固定的目的体位固定的目的 保证患者从肿瘤定位到治疗计划设计、模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。即程中，患者体位的一致性。即提高摆位时体位提高摆位时体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 合适的体位既要考虑到合适的体位既要考虑到布野要求布野要求，又要考虑到患者的一般又要考虑到患者的一般健康条件健康条件和每次摆位时和每次摆位时体位的体位的可重复性可重复性。在确定患者治疗体位时，要。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

26、定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。器让患者得到一个较舒适的、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 摆位时用的各摆位时用的各种面模、体模、气垫：种面模、体模、气垫：检查是否存在漏气，了检查是否存在漏气，了解面模、体模的收缩率解面模、体模的收缩率。上机治疗上机治疗治疗体位治疗体位小 结小 结计划设计定义计划设计定义临床剂量学原则临床剂量学原则外照射靶区剂量分布的规定外照射靶区剂量分布的规定 肿瘤区肿瘤区(GTV)(GTV)、临床靶区临床靶区(CTV)(CTV)、内靶区、内靶区(ITV)(ITV)、计划靶区 计划靶区(PIV)(PIV)、治疗区 治疗区(TV)(TV)、照射、照射区区(IV)(IV)、危及器官（危及器官（OAR)OAR)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放射治疗计划设计的步骤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