治療計劃的設計與執(zhí)行

1、治療計劃的設計與執(zhí)行治療計劃的設計與執(zhí)行治療計劃的設計步驟治療計劃的設計步驟 體模階段體模階段 計劃設計計劃設計 計劃確認計劃確認 計劃執(zhí)行計劃執(zhí)行1. 體模階段體模階段1. 體模階段體模階段包括：包括：體位確定體位確定、體位固定體位固定、腫瘤定位腫瘤定位體位的確定體位的確定，需要考慮：，需要考慮：1.布野要求布野要求2.患者的健康條件患者的健康條件3.可重復性可重復性1. 體模階段體模階段體位固定體位固定：確保照射過程中體位不變，以及擺位重復性高：確保照射過程中體位不變，以及擺位重復性高 高分子低溫水解塑料熱壓成型技術高分子低溫水解塑料熱壓成型技術 將水解塑料投入將水解塑料投入7580溫熱水

2、中，透明軟化后取溫熱水中，透明軟化后取出放在治療部位，出放在治療部位，5分鐘后變硬成型。分鐘后變硬成型。 主要用于主要用于頭頸部頭頸部體位的固定體位的固定U U形面膜形面膜頭肩膜頭肩膜體膜體膜 真空袋成型技術真空袋成型技術 真空袋由一個閥門和一個裝入塑料或橡膠袋中的真空袋由一個閥門和一個裝入塑料或橡膠袋中的塑料微粒球組成，躺在真空袋上的患者得到所要塑料微粒球組成，躺在真空袋上的患者得到所要求的體位后，抽真空，塑料微球彼此擠壓成型。求的體位后，抽真空，塑料微球彼此擠壓成型。 常用于胸腹部為和兒童患者常用于胸腹部為和兒童患者腫瘤定位腫瘤定位 靶區(qū)的相對范圍、靶區(qū)與周圍重要器官的關系、靶區(qū)的相對范圍

3、、靶區(qū)與周圍重要器官的關系、靶區(qū)與體位固定器的關系。靶區(qū)與體位固定器的關系。體位參考標記選擇原則體位參考標記選擇原則：1.參考標記點可以是某一解剖位置參考標記點可以是某一解剖位置，變化小，能顯像，射野內(nèi)，變化小，能顯像，射野內(nèi)（皮膚標記、內(nèi)標記）（皮膚標記、內(nèi)標記）；2.對皮下脂肪層較薄的部位，體位固定器與身體形成的剛性較對皮下脂肪層較薄的部位，體位固定器與身體形成的剛性較好，標記點可設在固定器上；好，標記點可設在固定器上；3.對皮下脂肪層較厚的部位，務必選好體罩固定方法對皮下脂肪層較厚的部位，務必選好體罩固定方法4.標記點距離靶中心越近越好標記點距離靶中心越近越好治療計劃的設計治療計劃的設計

4、治療計劃的設計治療計劃的設計確定一個治療方案的的量化的過程，包括：確定一個治療方案的的量化的過程，包括：1.CT/MRI/DSA等圖像的輸入及處理；等圖像的輸入及處理；2.醫(yī)生對治療方案包括靶區(qū)劑量及其分布、重要器官及醫(yī)生對治療方案包括靶區(qū)劑量及其分布、重要器官及其限量、劑量給定方式等的要求及實現(xiàn)；其限量、劑量給定方式等的要求及實現(xiàn)；3.計劃確認及計劃執(zhí)行中精度的檢查和誤差分析等。計劃確認及計劃執(zhí)行中精度的檢查和誤差分析等。 計劃設計是一個對整個治療過程不斷進行量化和計劃設計是一個對整個治療過程不斷進行量化和優(yōu)化的過程優(yōu)化的過程治療計劃的設計治療計劃的設計設計原則（臨床劑量學四原則）設計原則（

5、臨床劑量學四原則）1.腫瘤劑量要求準確腫瘤劑量要求準確2.治療的腫瘤區(qū)域內(nèi)，劑量分布要均勻治療的腫瘤區(qū)域內(nèi)，劑量分布要均勻3.照射野設計應盡量提高治療區(qū)域內(nèi)劑量，降低照射照射野設計應盡量提高治療區(qū)域內(nèi)劑量，降低照射區(qū)正常組織受量范圍區(qū)正常組織受量范圍4.保護腫瘤周圍重要器官保護腫瘤周圍重要器官治療部位解剖結治療部位解剖結構的三維描述構的三維描述帶立體定位框架標帶立體定位框架標記的記的MRI/CT等影像等影像射野在三維空間位射野在三維空間位置的描述、顯示置的描述、顯示三維劑量計算三維劑量計算體外照射劑量體外照射劑量計算影響因子計算影響因子三維劑量分布三維劑量分布及其評估工具及其評估工具患者治療部

6、位解剖數(shù)據(jù)的獲得與輸入患者治療部位解剖數(shù)據(jù)的獲得與輸入CT/MRI/PET等等圖像的登記圖像的登記目的目的1.通過標記點建立患者的坐標系；通過標記點建立患者的坐標系；2.在該坐標系下重建出治療部位的三維解剖結構，確在該坐標系下重建出治療部位的三維解剖結構，確定靶區(qū)與周圍重要組織和器官的關系；定靶區(qū)與周圍重要組織和器官的關系；3.利用已建立的坐標系，將不同來源的圖像進行融合、利用已建立的坐標系，將不同來源的圖像進行融合、疊加和比較；疊加和比較；融合：首先實現(xiàn)圖像融合：首先實現(xiàn)圖像A到圖像到圖像B間的坐標變換，然后按間的坐標變換，然后按坐標變換格式進行圖像相應解剖點或組織結構間的轉換坐標變換格式進

7、行圖像相應解剖點或組織結構間的轉換4.等劑量分布在不同圖像中的相互映射等劑量分布在不同圖像中的相互映射CT與與MRI圖像融合圖像融合CT圖像圖像MRI圖像圖像融合后融合后CT圖像圖像輪廓線平行直接疊放輪廓線平行直接疊放輪廓線三角連線式連接輪廓線三角連線式連接患者解剖數(shù)據(jù)的表達患者解剖數(shù)據(jù)的表達為了計算為了計算劑量體積直方圖劑量體積直方圖患者解剖數(shù)據(jù)的表達患者解剖數(shù)據(jù)的表達為了為了劑量計算劑量計算CT圖像中，患者數(shù)據(jù)表示成圖像中，患者數(shù)據(jù)表示成CT值表達的像素（或體素）值表達的像素（或體素）單元矩陣，轉換成以相對電子密度表示成的像素（或體素）單元矩陣，轉換成以相對電子密度表示成的像素（或體素）單

8、元矩陣單元矩陣計劃設計中所使用的工具計劃設計中所使用的工具射野設計工具射野設計工具計劃評估工具計劃評估工具計劃設計中所使用的工具計劃設計中所使用的工具射野設計：射野設計：1.確定射野方向、形狀確定射野方向、形狀經(jīng)驗、逆向設計軟件經(jīng)驗、逆向設計軟件射野方向觀（射野方向觀（BEV）:設想醫(yī)生或計劃設計者站在放射源的設想醫(yī)生或計劃設計者站在放射源的位置，沿射野中心軸方向觀看射野與患者治療部位之間的相位置，沿射野中心軸方向觀看射野與患者治療部位之間的相互關系互關系2.計算射野在體內(nèi)的劑量分布計算射野在體內(nèi)的劑量分布軟件軟件 計劃設計中所使用的工具計劃設計中所使用的工具劑量分布顯示劑量分布顯示 等劑量分

9、布等劑量分布 興趣點（興趣點（Point of Interests, POI）：靶區(qū)內(nèi)或重要器官：靶區(qū)內(nèi)或重要器官內(nèi)特定點的絕對劑量內(nèi)特定點的絕對劑量 截面劑量分布（截面劑量分布（dose profile）：劑量顯示平面（橫斷：劑量顯示平面（橫斷面、冠狀面、矢狀面）內(nèi)沿某一面、冠狀面、矢狀面）內(nèi)沿某一 平行主軸方向上駐點平行主軸方向上駐點劑量的變化（劑量的變化（crossline、inline） 彩色等劑量面彩色等劑量面、任意斜切面內(nèi)截面劑量分布任意斜切面內(nèi)截面劑量分布、多層面多層面聯(lián)合劑量分布顯示聯(lián)合劑量分布顯示等等計劃設計中所使用的工具計劃設計中所使用的工具計劃評估工具計劃評估工具 劑量體

10、積直方圖劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH）計算和表示出在某一感興趣的區(qū)域內(nèi)多少體積接受多計算和表示出在某一感興趣的區(qū)域內(nèi)多少體積接受多高劑量水平的照射高劑量水平的照射 劑量體積直方圖劑量體積直方圖基本形式：某一劑量區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的體積單元數(shù)（頻率）基本形式：某一劑量區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的體積單元數(shù)（頻率） 積分積分DVH圖（直接圖（直接DVH）：位于某一劑量水平以上的：位于某一劑量水平以上的矩陣單元數(shù)或體積的相對數(shù)矩陣單元數(shù)或體積的相對數(shù) 評估不同器官間的劑量分布評估不同器官間的劑量分布 微分微分DVH圖圖：縱坐標為單位劑量頻率：縱坐標為單位劑量頻率 評估同一器官內(nèi)受照體積

11、與劑量間的相對關系評估同一器官內(nèi)受照體積與劑量間的相對關系理想的理想的DVH圖圖靶區(qū)靶區(qū)OAROAR的的DVH圖圖靶區(qū)內(nèi)靶區(qū)內(nèi)DVH相同相同OAR內(nèi)內(nèi)DVH相同相同并型組織并型組織 or 串型組織？串型組織？DVH圖應與下列工具結合評估圖應與下列工具結合評估 相應計劃的等劑量分布圖相應計劃的等劑量分布圖 腫瘤控制概率腫瘤控制概率（Tumour Control Probability, TCP） 正常組織合并癥概率正常組織合并癥概率 （Normal Tissue Complication Probability, NTCP）物理和劑量學數(shù)據(jù)的獲得與輸入物理和劑量學數(shù)據(jù)的獲得與輸入射野及機械運動有

12、關的幾何數(shù)據(jù)射野及機械運動有關的幾何數(shù)據(jù)機架、準直器、治療床等運動范圍及方向、放射源幾何直徑、機架、準直器、治療床等運動范圍及方向、放射源幾何直徑、SAD、SSD、楔形板規(guī)格及方向、楔形野大小等表述治療機的、楔形板規(guī)格及方向、楔形野大小等表述治療機的物理特征的參數(shù)物理特征的參數(shù)射線束及射野劑量學數(shù)據(jù)射線束及射野劑量學數(shù)據(jù)a)直接測量的劑量學數(shù)據(jù)：如直接測量的劑量學數(shù)據(jù)：如PDD、OAR、Sc、Sp等等b) 由由a)類數(shù)據(jù)推導出的劑量學數(shù)據(jù)：如類數(shù)據(jù)推導出的劑量學數(shù)據(jù)：如TAR、TMR、SAR等等c)劑量計算模型所需要的一些參量和系數(shù)劑量計算模型所需要的一些參量和系數(shù)Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)計

13、劃選擇窗口計劃選擇窗口Patient namePatient IDPhysician nameImagedPlan statusLast changedNomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)圖像顯示圖像顯示Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)圖像顯示圖像顯示Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)圖像融合圖像融合NomosNomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)靶區(qū)及危及器官的勾畫靶區(qū)及危及器官的勾畫Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)解剖結構顯示設置解剖結構顯示設置Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)3D顯示顯示Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)處方劑量處方劑量Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)設置照射設置照射床角、機架角、床角、機架角、MLC等等Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)結

14、果顯示結果顯示Nomos計劃系統(tǒng)計劃系統(tǒng)DVH治療計劃確認治療計劃確認治療計劃確認治療計劃確認 劑量分布是否滿意劑量分布是否滿意 機器和患者要求是否滿足機器和患者要求是否滿足模擬定位機模擬定位機組成： X射線發(fā)生器； 定位床； 旋轉的C形臂機架； 遠程控制臺； 影像增強器或平板探測器； 其他輔助的設備（激光等中心定位器、視頻顯示器部件等） 模擬定位機模擬定位機基本功能基本功能1. 靶區(qū)及重要器官的定位靶區(qū)及重要器官的定位2. 確定靶區(qū)（或危及器官）的運動范圍確定靶區(qū)（或危及器官）的運動范圍3. 勾畫射野和定位、擺位參考標記勾畫射野和定位、擺位參考標記4. 治療方案的確認（治療前模擬）治療方案的

15、確認（治療前模擬）5. 拍攝射野定位片或證實片拍攝射野定位片或證實片6. 檢查射野擋塊的形狀及位置檢查射野擋塊的形狀及位置設計前的定位設計前的定位 設計后設計后模擬與驗證模擬與驗證 模擬定位機能夠精確的給出射野方向觀視的優(yōu)質的模擬定位機能夠精確的給出射野方向觀視的優(yōu)質的X射射線影像，可用作射野設計的線影像，可用作射野設計的定位影像定位影像，也可用作，也可用作模擬驗模擬驗證影像證影像。 用作定位影像時，用作定位影像時，X射線平片無法提供患者解剖結構的射線平片無法提供患者解剖結構的三維信息，故不能用于三維治療計劃的設計，必須借助三維信息，故不能用于三維治療計劃的設計，必須借助CT斷層的功能。斷層的

16、功能。模擬定位機模擬定位機CT模擬模擬 (CT simulator) CT模擬機模擬機與與虛擬模擬虛擬模擬構成的整個過程稱之為構成的整個過程稱之為CT模擬模擬 CT模擬機模擬機：CT掃描機掃描機+激光射野模擬器激光射野模擬器CT模擬模擬 (CT simulator)虛擬模擬虛擬模擬：利用體位固定器和：利用體位固定器和DRR進行射野模擬與驗進行射野模擬與驗 證的過程證的過程 數(shù)字重建的射線影像數(shù)字重建的射線影像(digitally reconstructed radiograph, DRR)：利用治療部位的利用治療部位的CT圖像用數(shù)學方法圖像用數(shù)學方法重建出來圖像。重建出來圖像。DRR圖像的重建

17、圖像的重建1.將虛線源射線分成好多條扇形將虛線源射線分成好多條扇形線；線；2.每條扇形線所通過的每條扇形線所通過的CT體素單體素單元的交點，經(jīng)過插值后獲得它元的交點，經(jīng)過插值后獲得它的的CT值；值；3.將每條扇形線上通過的將每條扇形線上通過的CT片上片上的交點的的交點的CT值轉換成電子密度值轉換成電子密度值并累加，求每條扇形線通過值并累加，求每條扇形線通過患者體厚后相應的有效射線長；患者體厚后相應的有效射線長；4.將射線長按灰度分級并顯示，將射線長按灰度分級并顯示，形成形成DRR圖像圖像忽略了散射線的影響忽略了散射線的影響 在在CT掃描所使用的掃描所使用的kV條件下，主要受光電效應條件下，主要

18、受光電效應和康普頓散射的影響。因此在計算每條扇形線上和康普頓散射的影響。因此在計算每條扇形線上Rz值值之前，可以對待定的組織的相對電子密度進行加權處之前，可以對待定的組織的相對電子密度進行加權處理，以提高理，以提高DRR圖像的對比度。圖像的對比度。 此時每條扇形線上此時每條扇形線上CT體素單元對應的射線厚度之體素單元對應的射線厚度之和為：和為：CT模擬機模擬機中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院螺旋中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院螺旋CT模擬機模擬機4D CT模擬機模擬機-Brilliance CT Big Bore1.85 厘米的孔徑厘米的孔徑2.60 厘米的真實掃描視野厘米的真實掃描視野3.采用采用CT 操作臺上

19、模擬定位軟件操作臺上模擬定位軟件Tumour LOC， 實現(xiàn)實時定位，實現(xiàn)實時定位， 無須外加標志點無須外加標志點4.提供擁有全部的呼吸門控技術及原廠的呼吸門控設備提供擁有全部的呼吸門控技術及原廠的呼吸門控設備Bellows 5.提供具有提供具有4D 功能的治療計劃系統(tǒng)。功能的治療計劃系統(tǒng)。 治療計劃的執(zhí)行治療計劃的執(zhí)行治療計劃的執(zhí)行治療計劃的執(zhí)行內(nèi)容內(nèi)容1.治療機物理、幾何參數(shù)的設置治療機物理、幾何參數(shù)的設置2.治療擺位治療擺位3.治療體位的固定治療體位的固定治療計劃的執(zhí)行治療計劃的執(zhí)行 執(zhí)行過程中，需不斷對治療計劃進行檢查執(zhí)行過程中，需不斷對治療計劃進行檢查和修改：和修改：1.治療過程中，

20、腫瘤的范圍不斷縮小和變化；治療過程中，腫瘤的范圍不斷縮小和變化；2.體內(nèi)實際接受的治療劑量體內(nèi)實際接受的治療劑量=治療計劃劑量？治療計劃劑量？點劑量驗證點劑量驗證空腔電離室、空腔電離室、半導體劑量儀半導體劑量儀和和熱釋光劑量儀熱釋光劑量儀二維劑量驗證二維劑量驗證膠片劑量儀、電子射野影像系統(tǒng)（膠片劑量儀、電子射野影像系統(tǒng)（EPID）電子射野影像系統(tǒng)電子射野影像系統(tǒng)(electronic portal imaging device, EPID) 電子射野影像系統(tǒng)由電子射野影像系統(tǒng)由射線探測射線探測和和射線信號射線信號的計算機處理的計算機處理兩部分組成。兩部分組成。依據(jù)射線探測方法的不同，分為：依據(jù)

21、射線探測方法的不同，分為： 熒光系統(tǒng)熒光系統(tǒng) 液體電離室液體電離室 固體探測器系統(tǒng)固體探測器系統(tǒng)熒光系統(tǒng)熒光系統(tǒng)(video based system) 由一個覆蓋金屬板的熒光屏、由一個覆蓋金屬板的熒光屏、45角傾斜的反射鏡、透角傾斜的反射鏡、透鏡和攝像機組成。鏡和攝像機組成。優(yōu)點：優(yōu)點：1.熒光屏大（熒光屏大（FOV大）大）2.熒光屏越厚，空間分辨率越高熒光屏越厚，空間分辨率越高3.成像速度快（成像速度快（30幀幀/秒）秒）缺點：缺點：系統(tǒng)體積大、光子收集效率低（系統(tǒng)體積大、光子收集效率低（0.1%0.01%）。）。掃描液體電離室掃描液體電離室(scanning liquid ionizat

22、ion chamber, SLIC)掃描液體電離室掃描液體電離室優(yōu)點：優(yōu)點： 結構緊湊、輕便結構緊湊、輕便 各個探測單元位置固定、均勻分布，不會使圖像發(fā)生幾各個探測單元位置固定、均勻分布，不會使圖像發(fā)生幾何失真何失真缺點：缺點： 射線利用率低；射線利用率低；固體探測器系統(tǒng)固體探測器系統(tǒng) 非晶硅非晶硅間接方式間接方式（Amorphous Silicon） 非晶硒非晶硒直接方式直接方式（Amorphous Selenium）非晶硅影像陣列探測器非晶硅影像陣列探測器非晶硒影像陣列探測器非晶硒影像陣列探測器固體探測器系統(tǒng)固體探測器系統(tǒng)優(yōu)點：優(yōu)點： 大面積、高分辨率的影像系統(tǒng)大面積、高分辨率的影像系統(tǒng)缺點：缺點： 射線利用率低；射線利用率低；EPID臨床應用臨床應用位置驗證位置驗證和和劑量驗證劑量驗證（一）位置驗證（一）位置驗證幾何位置不準確的影響因素：幾何位置不準確的影響因素：1.患者擺位誤差患者擺位誤差2.患者移動患者移動3.照射野設置不正確照射野設置不正確4.用于擺位的患者體表標記有位移用于擺位的患者體表標記有位移5.治療機的機械誤差治療機的機械誤差位置驗證位置驗證 在線在線(on-line)驗證驗證定性評估定性評估 利用利用EPID系統(tǒng)所提供