1、光子束外照射治療計劃系統光子束外照射治療計劃系統一 、概念計算機治療計劃系統（treatment planning systems, TPS）：用于體外放射治療的射束形狀和劑量分布設計，以達到最大的腫瘤控制和最少的正常組織并發癥的計算軟件系統。傳統的正向計劃設計基于有經驗的專業人員進行設計和誤差分析。調強放療（Intensity modulated radiotherapy ,IMRT）逆向計劃是利用劑量優化技術來滿足計劃設計者設定的靶區和危及器官的劑量要求。光子束外照射治療計劃系統2一 、概念計算機治療計劃系統（treatment plannTPS三維放射治療的實施光子束外照射治療計劃系統3

2、三維放射治療的實施光子束外照射治療計劃系統3二、系統硬件治療計劃系統的硬件：包括中央處理器、圖形顯示器、內存、數字化儀、輸出裝置、儲存和網絡通訊裝置。存檔操作包括：射野數據和參數、CT圖像及劑量分布等與病人相關的數據、以及傳輸到配備了記錄與驗證系統的直線加速器上用于病人擺位的數據。數字化儀：用于手工輸入病人的橫斷面輪廓和BEV方向的不規則射野形狀。通常為背光寫字板，用磁性觸針來進行形狀的手工描跡。光子束外照射治療計劃系統4二、系統硬件治療計劃系統的硬件：包括中央處理器、圖形顯示器、（一） 卷積算法 將介質中任意點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

3、射線成分，再分別進行處理。由于射束形狀和強度、病人幾何結構和組織不均勻性變化導致的散射線改變在計算劑量分布時會得到體現。系統軟件和計算算法光子束外照射治療計劃系統5（一） 卷積算法系統軟件和計算算法光子束外照射治療計劃系統（二）蒙特卡羅/隨機取樣法 蒙卡技術基于跟蹤大量粒子的運動過程，包括粒子從放射源射出后在病人體內和體外進行的多階散射相互作用，以此計算劑量分布。 蒙卡技術能通過個體化計算每臺直加的幾何結構、射野形成裝置（如檔塊、多葉準直器）、病人不規則表面和密度不均勻等因素來準確模擬粒子相互作用的物理特性，他們允許考慮大量復雜的病人治療條件。光子束外照射治療計劃系統6（二）蒙特卡羅/隨機取樣

4、法光子束外照射治療計劃系統6（三）筆形束算法 通常用于電子束劑量計算。將某一點的能譜或劑量內核在模體內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行積分來計算原射線的強度改變，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。光子束外照射治療計劃系統7（三）筆形束算法光子束外照射治療計劃系統7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包括：光子束修飾器（準直光欄、檔塊、補償器、多葉準直器、楔形板）和電子修飾器（限光筒Cone、擋板、組織等效物）光子束外照射治療計劃系統8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包光子束修飾器準直光欄

5、：射野的大小通過電動的準直裝置（準直光欄）來確定。TPS會將準直光欄所處位置形成的半影計算在內，還考慮由于準直器的設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域下的總劑量。MLC：幾乎可代替所有傳統安裝的射野檔塊，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0.51.0cm。TPS應考慮葉片的設計，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。Bolus:TPS可設計個體化的組織補償器，以解決組織缺失問題或修飾劑量分布使其與不規則靶區形狀適形。光子束外照射治療計劃系統9光

6、子束修飾器準直光欄：射野的大小通過電動的準直裝置（準直光欄電子束修飾器限光筒(Cone或Applicator):是電子線的外部準直器，以減少電子束在空氣中的擴散。光子束外照射治療計劃系統10電子束修飾器限光筒(Cone或Applicator):是電子薄的低熔點擋鉛：顯著影響電子射野的劑量學特性（特別是PDD和輸出因子），TPS應能模擬這些影響。光子束外照射治療計劃系統11薄的低熔點擋鉛：顯著影響電子射野的劑量學特性（特別是PDD和圖像顯示射束方向觀（Beams eye view,BEV）醫生方向觀（rooms eye view, REV）BEV經常與DRR一起協助評估腫瘤的覆蓋及擋板或MLC射

7、束修整效果。REV給使用者提供了機架與治療床之間關系的直觀顯示，有助于避免在按虛擬模擬擺位時碰床。DRR：是根據病人CT數據，利用數學方法重建的射線穿透投影圖像。確定葉片位置光子束外照射治療計劃系統12圖像顯示射束方向觀（Beams eye view,BEV）模擬照射光子束外照射治療計劃系統13模擬照射光子束外照射治療計劃系統13劑量體積直方圖DVH可分為微分DVH（differential DVH）和積分DVH（cumulative DVH），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

8、估不同計劃的優劣。光子束外照射治療計劃系統14劑量體積直方圖DVH可分為微分DVH（differentia優化和劑量監測跳數計算算法可優化射野權重、幾何形狀、靶區和危及器官的最大和最小劑量限值。TPS的照射跳數計算與計算過程和歸一方法直接有關。要求有：相對射野大小的輸出因子、楔形因子、托盤因子和機器的其他相關因子。光子束外照射治療計劃系統15優化和劑量監測跳數計算算法可優化射野權重、幾何形狀、靶區和危三、數據獲取與輸入機器數據：各種機械結構參數、MLC葉片的設計和運動參數、限光筒的尺寸等信息射野數據的獲取與輸入：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、

9、托盤因子、其他附件因子等。基于蒙卡的TPS需要加速器射束路徑上各部件的組成成分和幾何參數的準確資料。如波導窗、靶、均整塊、散射薄、穿透電離室、準直光欄、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。光子束外照射治療計劃系統16三、數據獲取與輸入機器數據：各種機械結構參數、MLC葉片的設病人數據病人的解剖數據輸入方式：數字化儀輸入; CT掃描圖像; CT/PET、CT/MRI等融合的圖像。數據可通過DICOM3（digital imaging and Communications in Medicine）或者DICOM RT格式輸入TPS。光子束外照射治療計劃系統17病人數據病人

10、的解剖數據輸入方式：數字化儀輸入; CT掃描圖像光子束外照射治療計劃系統18光子束外照射治療計劃系統18PET / CT圖像融合: 解剖和功能信息的結合光子束外照射治療計劃系統19PET / CT圖像融合: 解剖和功能信息的結合光子束外照射病人數據CT值必須轉換為電子密度和散射本領。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，進行CT掃描，得到用戶自定義的查閱表，用此表可將CT值轉換成電子密度和散射本領。光子束外照射治療計劃系統20病人數據CT值必須轉換為電子密度和散射本領。方法：取一圓形水利用專用模體測試CT模擬功能光子束外照射治療計劃系統21利用專用模體

11、測試CT模擬功能光子束外照射治療計劃系統21四、臨床測試與質量保證誤差：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如照射體積內的誤差；距離誤差描述高劑量梯度區如建成區或半影區的誤差。光子束外照射治療計劃系統22四、臨床測試與質量保證誤差：TPS的不確定度和誤差可能來自治驗證：數據驗證的任務是在測量或輸入的數據與TPS產生的數據間進行嚴格的比較。標準的測試數據組，如美國醫學物理師協會（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）第23號工作組數據集可以用于評估

12、TPS的性能。臨床測試：可以將測試例的TPS計算結果與膠片或電離室的測量結果進行比較。光子束外照射治療計劃系統23驗證：數據驗證的任務是在測量或輸入的數據與TPS產生的數據間光子束外照射治療計劃系統培訓課件光子束外照射治療計劃系統25光子束外照射治療計劃系統25測試實例Therac 20 (18MV)方野 5x5SSD=SAD=100 cm 2%光子束外照射治療計劃系統26測試實例Therac 20 (18MV)光子束外照射治療計劃測試實例Therac 20 (18MV) 方形野 5x5SSD=SAD=100 cm 深度 3 cm 4 mm 2%光子束外照射治療計劃系統27測試實例Therac

13、 20 (18MV)光子束外照射治療計劃Therac 20 (18MV) 楔形野 9 9SSD=SAD=100cm45 wedge 深度3 cm 4 mm 2% 測試實例 光子束外照射治療計劃系統28 測試實例 光子束外照射治療計劃系統28 測試實例 Therac 20 (18MV) 中心軸擋塊SSD=SAD=100cm 16x161x4x7 cm (w,l,t) 檔塊 ，中心軸4 cm 2%光子束外照射治療計劃系統29 測試實例 光子束外照射治療計劃系統29 測試實例 Therac 20 (18MV) 中心軸擋塊SSD=SAD=100cm 16x161x4x7 cm (w,l,t) 檔塊 ，

14、中心軸4 cm 3cm 深 4 mm 2%光子束外照射治療計劃系統30 測試實例 Therac 20 (18MV) 光子束外照射治測試實例Therac 20 (18MV) 肺組織測試SSD=SAD=100cm 16x166x12cm (w,l) 肺 8 cm 深,0.29g/cc 深度 12 cm 4mm 2%光子束外照射治療計劃系統31測試實例Therac 20 (18MV) 光子束外照射治療計測試實例Therac 20 (18MV) 斜入射SSD=SAD=100cm 照射野 10 x10機架 45 深度3 cm 4mm 2%光子束外照射治療計劃系統32測試實例Therac 20 (18MV

15、) 光子束外照射治療計測試實例9 MeV 電子束 照射野 15x15SSD=100深度0.5 cm 4 mm 7%光子束外照射治療計劃系統33測試實例光子束外照射治療計劃系統33測試實例9 MeV 電子束照射野 15x15SSD=1003x18x1cm (w,l,t) 氣腔 1 cm 深深度2.3 cm 4 mm 7%光子束外照射治療計劃系統34測試實例光子束外照射治療計劃系統34TPS使用了大量的數據，這使得對所有的數據進行例行驗證非常困難或不可能。對所有的TPS推薦定期檢查是使用標準幾何參數體模，采用多種射野和射束修飾器，檢查劑量分布和射野跳數。 用戶劑量數據患者數據 廠家 TPS 用戶

16、劑量分布TPS-黑匣子的功能,準確性,局限?光子束外照射治療計劃系統35TPS使用了大量的數據，這使得對所有的數據進行例行驗證非常困五、定期的質控項目臨床實例周月季年硬軟件升級后硬件 CPU 數字化儀 繪圖儀 恢復備份 解剖信息 CT（其他設備）傳輸 CT 位置和密度測試 患者解剖資料 外照射軟件（光子和電子） Revalidation MU/時間 計劃資料 電子版計劃傳輸 TPS 軟件的再次測試 光子束外照射治療計劃系統36五、定期的質控項目臨床實例周月季年硬軟件升級后硬件解剖信息 六、治療計劃的獨立審核輸入影像是否正確靶體積和敏感器官定義是否合理計劃是否遵循主管醫師的處方劑量等中心與擺位標記的關系照射野設制是否符合治療機要求是否使用非對稱照射野照射野權重是否合理靶體積的劑量變化計劃歸一點和劑量值