虚拟模拟工具: Room’s Eye View
Room’s Eye View (REV)
是设想计划设计者站在
治疗室某个位臵观察到 的治疗机(射野)和患者 (治疗部位)之间的空间 位臵关系。
计划评价工具: 2D、3D剂量分布显示
通过三个面的剂量分布评估.这是一个SIB:同步瘤床加量照射,一个计划里,不同区域,不同
治
疗
普通模拟机定位图示
3D-CRT IMRT
体位固定、CT模拟 计划设计
患者体位的固定及CT模拟 感兴趣区域勾画（ROI）靶区、正常器官 等中心及感兴趣点设臵 射野设计 剂量计算
验证、治疗
大孔径定位CT：机架孔径 飞利浦:85cm 西门子:82cm GE:80cm 扫描FOV 飞利浦:60cm 西门子:50cm GE:50cm 临床上大孔径可以更好地覆盖体部肿瘤病人及定位装臵。可更精确地用于TPS剂量计算。
• 由于数学公式或计算机速度及所用时间的限制， 我们往往找不到最佳结果； • 计划、传输装臵和QA的不足：
—当前所用的剂量计算模型在精度上都有局限性 — MLC的漏射、散射等 — 剂量验证系统的准确度不够
与IMRT相关的风险
• 治疗的复杂性可能影响精度
• 对复杂剂量体积关系分析没有经验
— 可能导致料想不到的并发症
标记治疗计划结果
在治疗计划完成后，将患者按原体位回到CT床上 然后通过激光定位系统把治疗计划结果的照射野 等中心参考点标记到其皮肤表面，以便放射治疗 的执行
验证照射野等中心精度
• 为了验证患者皮肤表面照射野等中心参考点标记 与实际靶区中心和计划靶区中心的重复精度，在 其左、右、前皮肤表面照射野等中心参考点标记 处放臵CT可成像标识物，对此进行1 mm的薄层扫 描。在CT图像上测量3个参考点相交点以确定实际 靶区中心和计划靶区中心的重复精度。 • CBCT EPID
MLC Step-&-Shoot IMRT Delivery
电动光栅静态调强示意图
动态调强（DMLC） 滑窗式 – 基本原理
辐 射 左叶片 右叶片
出束时间
叶片运动方向
P
放疗计划设计流程
• • • • • • 患者体位的固定及CT模拟 感兴趣区域勾画（ROI）：靶区、正常器官 等中心及感兴趣点设臵 射野设计 剂量计算 计划评估
剂量照射的病历,适形度很好,紫色是鼻咽区加肿大淋巴结,绿色是解剖区,橘红色是预防区
计划评价工具: 剂量体积直方图
剂量体积直方图 (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。不仅提 供多少体积吸收多 少剂量的量化信息 而且还把每个感兴 趣的解剖结构的剂 量分布总结到一条 曲线里。
适形与调强照射野注量分布的比较
适形射束注量分布
调强射束注量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ布
IMRT的优点
• 高度适形，靶区边缘剂量迅速下降 • 靶区剂量更均匀（原则上） • 由于减少了正常组织所受照射，从而使提高靶 区剂量成为可能 • 计划和实施的高效率
－可同时治疗靶区要求的高、中、低 剂量 －治疗设计自动化
IMRT的局限性
mm
mm
mm
1个方向 17个方向
5个方向 25个方向
11个方向 51个方向
mm
mm
mm
TOMO的适应症覆盖了几乎所有合适放疗的肿瘤
TOMO的治疗层厚
1厘米、2.5厘米、5厘米
64个MLC叶片调制40厘米宽的射野； 每次治疗机架旋转~30圈； 机架旋转一周离散为51个角度；
40厘米
64个叶片每个 叶片独立调制 射线
— 高适形度的放疗，边界误差带来的风险 （病灶丢失）
正向计划
逆向计划
CT 和 MR 影像传输
描绘轮廓 确定射野 手动优化 手动优化 手动优化 剂量计算 计划评估
CT 和 MR 影像传输
描绘轮廓 确定射野 输入临床参数
自动优化
剂量计算 计划评估
目标函数
• 物理目标函数目前常用,临床剂量学四原则是物 理目标函数的通则: 1、靶区及重要器官的中位、平均剂量 2、靶区剂量均匀性 3、靶区内最低剂量 4、危机器官内的最高剂量 5、治疗区与靶区的适合度
放射治疗计划优化设计与验证
山东省肿瘤医院放射物理技术室 尹勇 2014.12.20
放疗技术的发展
• • • • • • • 常规放疗 适形放疗(3DCRT) 调强放疗(IMRT) 影像引导的放射治疗（IGRT) 生物适形调强放射治疗 基于4D－CT的四维放射治疗 ……
现代放疗技术的优点
1.靶体积形状不规则，靠近需要保护的重要器官。 2.靶体积紧贴容易损伤的器官，能放宽的范围很小。 3.非常接近的区域己经放疗过，相接的照射野要有非 常精确的界线。 4.用常规方法无法缩小GTV、CTV或PTV来满足对等剂 量线分布的要求。 5.靶区的形状有一部分是内凹的，包围了重要器官 6.考虑提高的放疗剂量要比常规大得多。
CT扫描摆位
体位固定后，通过CT两侧墙的激光十字线和顶墙 的激光十字线在皮肤上标记3条体位标记线
患者体位固定的各种方式
肿瘤区域层厚最好为1～3mm。为了获 得较大的扫描范围又 不使层次太多而影响增强效果，可采 用病灶区层厚1～5 mm, 以外区域逐步过渡为5～10 mm的混合 扫描技术
照射 区(IV) 治疗 区(TV)
放射治疗的实施过程
临床检查、诊断 确定治疗目的（根治？姑息？）
确定治疗方法
常规放疗
适形（3D-CRT) 立体放疗
IMRT
制定放疗计划 计划验证 修改计划 治疗 随访
常规放疗
模拟机定位 体表定位
计划片 射野片 计划设计
2-D治疗技术方法强 调使用传统的模拟机 来实现，以能看见的 骨性标志为基础的射 野。正常组织和肿瘤 区受到相同剂量的照 射。
64 X 30 X 51= 97920 beamlets!
TOMO超强的调制能力使其不需要非共面照射就 能实现最佳剂量分布。
孔雀治疗系统
NOMOS公司根据Mackie等人提 出的概念设计并制出狭缝状准直器， 装入他们的孔雀系统。孔雀系统是最早在 市场销售的调强放疗装臵，它更像常规 CT扫描仪, 以序列层面的方式实现治疗。
理论上可以达到任意形状照射野
利用调强方式曝光胶片 显示剂量分布的准确性和精确性
ELECTA :6MV ，一个野，24*30, 1.5分，141MU
VARIAN：6MV ，21.5*26， 上野：240子野，70MU， 下野：256子野，85MU。45秒
治疗计划设计
• 计划设计是根据临床要求，优化确定一个治疗方 案的全过程, 是整个放射治疗过程中的一个关键 环节。 • 治疗方案优化的过程就是治疗方案的不断改进过 程。贯穿于整个放射治疗计划设计和执行过程， 包括靶区和重要器官的确定，治疗目标的选择和 物理方案的设计与实施.
肿瘤区 （GTV）
临床靶区 （CTV）
内靶区 （ITV）
计划靶 区 （PTV）
PTV2 PTV1
PTV2
PTV1
PTV3
设计和验证照射野
• 放射治疗医生和物理师根据肿瘤和周围重要脏器 之间在三维空间的相互关系设计合理的照射野。 • 照射野大小由靶区大小、脏器移动度和综合误差 （定位、摆位和机器等误差）来决定。在射线束 轴视角方向窗口调整照射野大小。
计划设计
任务
1. 输入患者图像信息 2. 登记和匹配图像 3. 定义解剖结构 4. 确定射野参数(和约束条件) 5. 评价剂量分布 6. 输出治疗计划报告和电子文件
人员
物理师 物理师 物理师 医师 物理师 物理师 医师 物理师
放疗网络系统
主任 办公室 医生 办公室 TPS 工作站
模拟定位机
网络系统
目标函数
• 生物目标函数是描述疗后患者生存质量的 量化指标,是治疗的最高原则.是使经照射 后肿瘤的复发概率最低而正常组织或器官 的损伤最小，使无并发症的肿瘤控制概率 最大。
实现调强放疗的主要方式
• 物理补偿器：根据治疗计划计算的数据，针对各个 照射野制作补偿器 • 用常规MLC进行多个固定野调强治疗： －动态调强（DMLC），叶片连续运动 －分段式调强（SMLC，step and shoot） • 用旋转照射野调强 －用常规MLC进行弧形调强治疗（VMAT） －孔雀系统（NOMOS/MIMiC） －断层治疗 • 电磁扫描调强（MM50）
在数字化影像重建窗口打印每个照射野的数字化影像重建图像(DRR)， 通过与X射线模拟定位片以及照射野影像监测片进行对比
虚拟模拟工具: 射野方向观
射野方向观 (Beam’s eye view,BEV) 是 设 想 计 划 设计者站在放射源位臵， 沿射野中心轴方向观看
射野与患者治疗部位之
间的相互位臵关系。
( 严格来说，使用楔形板、物理补偿器来补偿表面弯曲也叫调强。但是目前 我们所指的IMRT是三维适形放疗（也叫经典适形放疗）的一种特例，在这种 放疗中用计算机辅助的优化程序来计算出非均匀的强度分布，以便达到某种 特殊的临床目的，这种技术叫做调强适形放疗。)
经典适形放疗与调强适形放疗
3野适形
Beam Profile # 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：
–图象处理:可输入和处理患者图像、融合图像
–射野布臵：可设定照射野相对于患者坐标系的 空间位臵
–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
电磁扫描调强 MM50加速器的光子＋电子调强
8MV光子
10MeV电子
17MeV电子
17MeV电子