第十講光子束外照射治療計劃系統(tǒng)第1頁，共37頁。優(yōu)選第十講光子束外照射治療計劃系統(tǒng)第2頁，共37頁。一、概念計算機(jī)治療計劃系統(tǒng)（treatmentplanningsystems,TPS）：用于體外放射治療的射束形狀和劑量分布設(shè)計，以達(dá)到最大的腫瘤控制和最少的正常組織并發(fā)癥的計算軟件系統(tǒng)。傳統(tǒng)的正向計劃設(shè)計基于有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計和誤差分析。調(diào)強(qiáng)放療（Intensitymodulatedradiotherapy,IMRT）逆向計劃是利用劑量優(yōu)化技術(shù)來滿足計劃設(shè)計者設(shè)定的靶區(qū)和危及器官的劑量要求。第3頁，共37頁。TPS三維放射治療的實(shí)施第4頁，共37頁。二、系統(tǒng)硬件治療計劃系統(tǒng)的硬件：包括中央處理器、圖形顯示器、內(nèi)存、數(shù)字化儀、輸出裝置、儲存和網(wǎng)絡(luò)通訊裝置。存檔操作包括：射野數(shù)據(jù)和參數(shù)、CT圖像及劑量分布等與病人相關(guān)的數(shù)據(jù)、以及傳輸?shù)脚鋫淞擞涗浥c驗(yàn)證系統(tǒng)的直線加速器上用于病人擺位的數(shù)據(jù)。數(shù)字化儀：用于手工輸入病人的橫斷面輪廓和BEV方向的不規(guī)則射野形狀。通常為背光寫字板，用磁性觸針來進(jìn)行形狀的手工描跡。第5頁，共37頁。（一）卷積算法將介質(zhì)中任意點(diǎn)的劑量表述為原射線和散射線成份的疊加。這類算法是將放射線分解為原射線和次級射線或散射線成分，再分別進(jìn)行處理。由于射束形狀和強(qiáng)度、病人幾何結(jié)構(gòu)和組織不均勻性變化導(dǎo)致的散射線改變在計算劑量分布時會得到體現(xiàn)。系統(tǒng)軟件和計算算法

第6頁，共37頁。（二）蒙特卡羅/隨機(jī)取樣法蒙卡技術(shù)基于跟蹤大量粒子的運(yùn)動過程，包括粒子從放射源射出后在病人體內(nèi)和體外進(jìn)行的多階散射相互作用，以此計算劑量分布。蒙卡技術(shù)能通過個體化計算每臺直加的幾何結(jié)構(gòu)、射野形成裝置（如檔塊、多葉準(zhǔn)直器）、病人不規(guī)則表面和密度不均勻等因素來準(zhǔn)確模擬粒子相互作用的物理特性，他們允許考慮大量復(fù)雜的病人治療條件。第7頁，共37頁。（三）筆形束算法通常用于電子束劑量計算。將某一點(diǎn)的能譜或劑量內(nèi)核在模體內(nèi)沿直線相加獲得筆形射線束或劑量分布。通過對患者表面的筆形束進(jìn)行積分來計算原射線的強(qiáng)度改變，以及隨深度和組織密度的變化修正筆形束的形狀，可以得到劑量的分布。第8頁，共37頁。射野修飾器TPS需要處理的部分裝置和需要特別考慮的主要事項(xiàng)包括：光子束修飾器（準(zhǔn)直光欄、檔塊、補(bǔ)償器、多葉準(zhǔn)直器、楔形板）和電子修飾器（限光筒Cone、擋板、組織等效物）第9頁，共37頁。光子束修飾器準(zhǔn)直光欄：射野的大小通過電動的準(zhǔn)直裝置（準(zhǔn)直光欄）來確定。TPS會將準(zhǔn)直光欄所處位置形成的半影計算在內(nèi)，還考慮由于準(zhǔn)直器的設(shè)計造成的橫向與縱向開野對稱性的不同。檔塊：TPS需要計算射野的屏蔽效果，通過考慮檔塊的有效衰減來降低遮擋區(qū)域下的總劑量。MLC：幾乎可代替所有傳統(tǒng)安裝的射野檔塊，只有島狀檔塊和過分彎曲的檔塊除外。典型的MLC的葉片在等中心平面的寬度為0.5~1.0cm。TPS應(yīng)考慮葉片的設(shè)計，以模擬其穿透和半影。楔形板：TPS能模擬平行或垂直于物理楔形板主軸的劑量效應(yīng)。Bolus:TPS可設(shè)計個體化的組織補(bǔ)償器，以解決組織缺失問題或修飾劑量分布使其與不規(guī)則靶區(qū)形狀適形。第10頁，共37頁。電子束修飾器限光筒(Cone或Applicator):是電子線的外部準(zhǔn)直器，以減少電子束在空氣中的擴(kuò)散。第11頁，共37頁。薄的低熔點(diǎn)擋鉛：顯著影響電子射野的劑量學(xué)特性（特別是PDD和輸出因子），TPS應(yīng)能模擬這些影響。第12頁，共37頁。圖像顯示射束方向觀（Beam’seyeview,BEV）醫(yī)生方向觀（room’seyeview,REV）BEV經(jīng)常與DRR一起協(xié)助評估腫瘤的覆蓋及擋板或MLC射束修整效果。REV給使用者提供了機(jī)架與治療床之間關(guān)系的直觀顯示，有助于避免在按虛擬模擬擺位時碰床。DRR：是根據(jù)病人CT數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)方法重建的射線穿透投影圖像。確定葉片位置第13頁，共37頁。模擬照射第14頁，共37頁。劑量體積直方圖DVH可分為微分DVH（differentialDVH）和積分DVH（cumulativeDVH），前者的縱軸代表接受了橫軸所指示劑量的體積；后者的縱軸代表接受了等于或大于橫軸指示劑量的體積或百分體積。DVH不能表示劑量的位置信息，但將其疊加可幫助評估不同計劃的優(yōu)劣。第15頁，共37頁。優(yōu)化和劑量監(jiān)測跳數(shù)計算算法可優(yōu)化射野權(quán)重、幾何形狀、靶區(qū)和危及器官的最大和最小劑量限值。TPS的照射跳數(shù)計算與計算過程和歸一方法直接有關(guān)。要求有：相對射野大小的輸出因子、楔形因子、托盤因子和機(jī)器的其他相關(guān)因子。第16頁，共37頁。三、數(shù)據(jù)獲取與輸入機(jī)器數(shù)據(jù)：各種機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)、MLC葉片的設(shè)計和運(yùn)動參數(shù)、限光筒的尺寸等信息射野數(shù)據(jù)的獲取與輸入：PDD、OAR、沿對角線的劑量分布圖和楔形野的橫向線劑量分布圖、中心軸的楔形因子、托盤因子、其他附件因子等?；诿煽ǖ腡PS需要加速器射束路徑上各部件的組成成分和幾何參數(shù)的準(zhǔn)確資料。如波導(dǎo)窗、靶、均整塊、散射薄、穿透電離室、準(zhǔn)直光欄、MLC、檔塊與托盤，以及其他任何電子或光子射束可能遇到的器件。第17頁，共37頁。病人數(shù)據(jù)病人的解剖數(shù)據(jù)輸入方式：數(shù)字化儀輸入;CT掃描圖像;CT/PET、CT/MRI等融合的圖像。數(shù)據(jù)可通過DICOM3（digitalimagingandCommunicationsinMedicine）或者DICOMRT格式輸入TPS。第18頁，共37頁。第19頁，共37頁。PET/CT圖像融合:解剖和功能信息的結(jié)合第20頁，共37頁。病人數(shù)據(jù)CT值必須轉(zhuǎn)換為電子密度和散射本領(lǐng)。方法：取一圓形水等效模體，插入模擬正常人體組織如骨頭和肺的已知組織密度的插入物，進(jìn)行CT掃描，得到用戶自定義的查閱表，用此表可將CT值轉(zhuǎn)換成電子密度和散射本領(lǐng)。第21頁，共37頁。利用專用模體測試CT模擬功能第22頁，共37頁。四、臨床測試與質(zhì)量保證誤差：TPS的不確定度和誤差可能來自治療計劃過程諸多步驟中的任何一步。分百分誤差和距離誤差兩類：百分誤差描述劑量分布的高劑量區(qū)如照射體積內(nèi)的誤差；距離誤差描述高劑量梯度區(qū)如建成區(qū)或半影區(qū)的誤差。第23頁，共37頁。驗(yàn)證：數(shù)據(jù)驗(yàn)證的任務(wù)是在測量或輸入的數(shù)據(jù)與TPS產(chǎn)生的數(shù)據(jù)間進(jìn)行嚴(yán)格的比較。標(biāo)準(zhǔn)的測試數(shù)據(jù)組，如美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會（AmericanAssociationofPhysicistsinMedicine，AAPM）第23號工作組數(shù)據(jù)集可以用于評估TPS的性能。臨床測試：可以將測試?yán)腡PS計算結(jié)果與膠片或電離室的測量結(jié)果進(jìn)行比較。第24頁，共37頁。第25頁，共37頁。第26頁，共37頁。測試實(shí)例Therac20(18MV)方野5x5SSD=SAD=100cm

2%第27頁，共37頁。測試實(shí)例Therac20(18MV)

方形野5x5SSD=SAD=100cm

深度3cm

4mm

2%第28頁，共37頁。Therac20(18MV)楔形野99SSD=SAD=100cm45owedge深度3cm

4mm

2%

測試實(shí)例

第29頁，共37頁。

測試實(shí)例

Therac20(18MV)中心軸擋塊SSD=SAD=100cm16x161x4x7cm(w,l,t)檔塊，中心軸4cm

2%第30頁，共37頁。

測試實(shí)例

Therac20(18MV)中心軸擋塊SSD=SAD=100cm16x161x4x7cm(w,l,t)檔塊，中心軸4cm3cm深

4mm

2%第31頁，共37頁。測試實(shí)例Therac20(18MV)肺組織測試SSD=SAD=100cm16x166x12cm(w,l)肺8cm深,0.29g/cc深度12cm

4mm

2%第32頁，共37頁。測試實(shí)例Therac20(18MV)斜入射SSD=SAD=100cm

照射野10x10機(jī)架45o

深度3cm

4mm

2%第33頁，共37頁。測試實(shí)例9MeV電子束照射野15x15SSD=100深度0.5cm

4mm

7%第34頁，共37頁。測試實(shí)例9MeV電子束照射野15x15SSD=1003x18x1cm(w,l,t)氣腔1cm深深度2.3cm

4mm