醫(yī)學(xué)臨床：治療計劃設(shè)計

治療計劃的設(shè)計計劃設(shè)計的基礎(chǔ)知識；CRT計劃設(shè)計；IMRT計劃設(shè)計；存在的問題；個好的治療計劃應(yīng)滿足下述四項原則：1.照射野應(yīng)對準(zhǔn)所要治療的腫瘤區(qū);2.腫瘤劑量要求準(zhǔn)確；靶區(qū)內(nèi)劑量分布要均勻;3.照射野設(shè)計應(yīng)盡量提高治療區(qū)域內(nèi)，降低照射區(qū)正常組織受量范圍;4.保護(hù)腫瘤周圍重要器官免受照射，至少不能使它們接受超過其允許耐受劑量范圍的照射;

治療增益比：表示用某種治療技術(shù)致成的腫瘤控制率(TCP)與周圍正常組織損傷率之比(NTCP).該值正比于兩者所受的劑量之比。

治療比：正常組織耐受量與腫瘤致死量之比.不受治療技術(shù)的影響。腫瘤的控制概率(TCP):是消滅腫瘤細(xì)胞的概率,隨劑量變化而變化。達(dá)到95%的腫瘤控制率所需的劑量(TCD95)定義為腫瘤致死量。正常組織放射反應(yīng)概率(NTCP):正常組織放射并發(fā)癥的概率，也隨劑量變化而變化。腫瘤致死劑量：是指放射線使得絕大部分腫瘤細(xì)胞破壞死亡而達(dá)到局部治愈的放射線的劑量。表達(dá)正常組織耐受量:

TD5/5：表明在所有用標(biāo)準(zhǔn)治療條件的腫瘤患者中，治療后5年因放射造成嚴(yán)重?fù)p傷者不超過5%，即最小損傷劑量。

TD50/5：表明在所有用標(biāo)準(zhǔn)治療條件的腫瘤患者中,治療后5年因放射造成嚴(yán)重?fù)p傷者不超過50%，即最大損傷劑量。

V20、V30、V15；1/3體積、1/2體積、2/3體積等。計劃設(shè)計定義

計劃設(shè)計是根據(jù)臨床要求，利用現(xiàn)有技術(shù)條件，優(yōu)化確定一個治療方案的全過程，優(yōu)化的前提是現(xiàn)有技術(shù)條件，優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)是滿足臨床要求，甚至超出臨床要求。整個設(shè)計過程1、輸入病人圖像，登記及匹配圖像;物理師2、定義解剖結(jié)構(gòu)，靶區(qū)、危及器官、輪廓等;

物理師/醫(yī)生3、參數(shù)設(shè)定，優(yōu)化過程，計劃制作;物理師4、計劃評估;物理師/醫(yī)生5、計劃輸出，打印;物理師外照射分類1、常規(guī)照射：計劃由醫(yī)生根據(jù)病人體厚及治療機(jī)劑量數(shù)據(jù)手算，不經(jīng)過計算機(jī)計劃系統(tǒng)制作。2、經(jīng)典適形照射：經(jīng)計算機(jī)計劃系統(tǒng)，BEV方向射野形狀與靶區(qū)幾何形狀一致。靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻。3、調(diào)強(qiáng)照射：在上述2的基礎(chǔ)上做到靶區(qū)內(nèi)劑量強(qiáng)度分布可調(diào)整。正向計劃及逆向計劃1、正向計劃:人工選取參數(shù),依賴于設(shè)計者的水平和經(jīng)驗。方案可接受,但不一定最佳。2、逆向計劃:新技術(shù)治療參數(shù)太多,尤其調(diào)強(qiáng)。人工優(yōu)化難于實現(xiàn)。1988年Brahme提出逆向計劃的概念---由予期的物理目標(biāo)函數(shù)(劑量分布)或生物學(xué)目標(biāo)函數(shù),由計算機(jī)(算法)確定出優(yōu)化的治療參數(shù)。3、兩者區(qū)別：正向是先設(shè)計一個治療方案，然后觀察劑量分布是否滿足治療的要求；逆向是根據(jù)治療要求確定的劑量分布去設(shè)計一個治療方案。4、使用：CRT(適形/多野照射)不需要逆向設(shè)計，IMRT必須使用逆向設(shè)計，但整個過程是正向和逆向結(jié)合。目標(biāo)函數(shù)1、目標(biāo)函數(shù)表達(dá)治療要求實現(xiàn)的目標(biāo)，對運算給予一定的限制。目前有物理學(xué)目標(biāo)函數(shù)及生物學(xué)目標(biāo)函數(shù)二種。2、物理目標(biāo)函數(shù):通過限定靶區(qū)和危及器官應(yīng)達(dá)到的劑量分布來實施劑量分布的優(yōu)化。根據(jù)放療劑量學(xué)原則，量化后應(yīng)包括下列內(nèi)容：1)靶區(qū)內(nèi)的最低劑量、平均劑量、劑量的均勻性；2)危及器官內(nèi)的最高劑量，相應(yīng)的劑量體積要求；3)靶區(qū)與治療區(qū)的適合度。3、生物目標(biāo)函數(shù)限定應(yīng)達(dá)到的治療結(jié)果,通常表達(dá)為最大的腫瘤控制率(TCP)同時維持正常組織并發(fā)癥(NTCP)到可接受的低水平。或達(dá)到無并發(fā)癥的腫瘤控制率。理論上,生物目標(biāo)函數(shù)與治療結(jié)果相關(guān)，應(yīng)當(dāng)是最佳優(yōu)化，但實際上，生物目標(biāo)函數(shù)尚達(dá)不到實用要求，目前仍廣泛地采用物理目標(biāo)函數(shù)。4、優(yōu)化算法涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)。有卷積、迭代、超級迭代等。最精確的算法是蒙卡算法。治療計劃系統(tǒng)是設(shè)計治療計劃的計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)。主要有四個功能模塊組成：1、圖象處理：可輸入和處理患者圖像。2、射野布置：可設(shè)定照射野相對于患者坐標(biāo)系的空間位置。3、劑量計算：可計算患者治療部位的劑量分布。4、計劃評價：可利用2D等劑量分布（或3D）、劑量體積直方圖、劑量統(tǒng)計表等工具評價計劃治療計劃。5、文本打印及計劃的電子文檔輸出，通過網(wǎng)絡(luò)或其它數(shù)字傳輸方式（光盤或磁帶或磁光盤等）。3D治療計劃系統(tǒng)（相對于2D）1、3D圖象:可輸入多種模式的患者斷層圖象；可配準(zhǔn)不同模式的圖像（如CT/MRI/PET），可重建患者患者3D假體。2、3D布野：可設(shè)定共面和非共面射野。3、3D計算：可采用3D劑量計算模型計算患者治療部位的劑量分布。4、3D顯示：可3D顯示患者解剖結(jié)構(gòu)、射野布置和劑量分布位置關(guān)系。虛擬模擬工具:射野方向觀及醫(yī)生方向觀射野方向觀(Beam’seyeview,BEV)：設(shè)想計劃設(shè)計者站在放射源位置，沿射野中心軸方向觀看射野與患者治療部位之間的相互位置關(guān)系。（？醫(yī)生方向觀Room’sEyeView(REV)：設(shè)想計劃設(shè)計者站在治療室某個位置觀察到的治療機(jī)(射野)和患者(治療部位)之間的空間位置關(guān)系。計劃評估的工具：1、2D（3D）不同色度的等劑量線面，能詳細(xì)描述各個點的劑量2、劑量體積直方圖(DoseVolumeHistogram,DVH)：描述一個解剖結(jié)構(gòu)中，照射劑量水平和照射體積之間的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系的直方圖。無空間位置信息，不能說明劑量熱點或冷點的位置。3、劑量統(tǒng)計表。（與DVH圖結(jié)合）CRT及IMRT適應(yīng)證

CRT

射野形狀適合靶區(qū)投影形狀應(yīng)視為放療的基本要求，CRT應(yīng)作為放療的常規(guī)，適應(yīng)于所有適合放射治療的不需要或因經(jīng)濟(jì)條件不能做IMRT的情況。

IMRT1、腫瘤局部控制失敗占主要的癌瘤。2、解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜(周圍有多種重要器官)、形狀比較復(fù)雜(凹形)，或多靶點的腫瘤。3、固定效果好，器官運動幅度較小的腫瘤。4、常規(guī)放療療效很好，希望進(jìn)一步減少放射并發(fā)癥和改進(jìn)患者療后的生存質(zhì)量。5、臨床上新的治療方法，如同步加量。CRT計劃設(shè)計1、選擇射野方向；2、選擇能量；3、確定射野形狀；4、確定射野權(quán)重和楔形板；5、評價治療計劃的質(zhì)量；1、選擇射野方向：1）與相鄰射野夾角盡可能大，均勻分?jǐn)偨嵌龋?）避開危及器官；3）射野邊平行于靶區(qū)的最長邊；4）從入射面到靶區(qū)中心距離盡可能短（靶中心偏體中心）；5）頭部腫瘤方向選擇可非共面。目前是手選方式，還無法達(dá)到逆向自動優(yōu)化。2、能量選擇：1、頭頸部腫瘤，能量選擇<=8MV，多用6MV。2、胸部腫瘤由于肺的影響，擬采用低能而不是高能，多用6MV。建議4-12MV。3、腹部腫瘤，擬采用高能，如15、18MV。因涉及中子防護(hù)，須根據(jù)病人量大小決定。射野形狀：

在BEV方向上使射形狀與靶區(qū)幾何形狀一致，用MLC或鉛擋。利用工具使MLC適形度最好，如厚葉片MLC可旋轉(zhuǎn)光柵角；手動修飾MLC葉片的位置等。

由于射野邊緣有半影,需加5-8mm間隙使擋塊或MLC自動適合靶區(qū)投影形狀，才能保證靶區(qū)劑量分布均勻。射野權(quán)重和楔形板：射野權(quán)重楔形板使用：最終目的是使靶區(qū)內(nèi)的劑量分布均勻，靶區(qū)內(nèi)的劑量梯度為零。對多野照射，射野權(quán)重的調(diào)節(jié)可改變某個射野對靶區(qū)劑量的貢獻(xiàn)及正常組織的受照劑量。楔形板的應(yīng)用主要有三個方面：1）偏體中心腫瘤用兩野交叉照射時劑量不均勻問題。2）利用適當(dāng)角度的楔形板，對人體曲面和缺損組織進(jìn)行組織補(bǔ)償。3）利用楔形板改善劑量分布。有固定角度、一楔合成的物理楔形板，及利用MLC的運動實現(xiàn)的動態(tài)楔形板。臨床多用物理楔形板。

計劃的評估1、是否滿足臨床的各項要求；靶區(qū)的處方劑量達(dá)到與否，危及器官的劑量限制等。2、是否已無改進(jìn)的余地；力求做到最優(yōu)。3、是否可以實施和實施效率；

治療計劃必須結(jié)合本單位治療機(jī)條件：如光柵下緣到等中心的距離，最大射野，楔形野的最大射野，射線能量，有無外掛MLC等。IMRT計劃設(shè)計

與CRT比較，IMRT計劃設(shè)計的特點有：

1、選擇射野方向的規(guī)則不同

2、選擇能量的規(guī)則不同3、確定射野形狀的規(guī)則相同

4、臨床處方劑量要求應(yīng)更明確，對靶區(qū)定義準(zhǔn)確性的要求更高5、可以定義劑量成形結(jié)構(gòu)

6、通常采用逆向方式結(jié)合正向設(shè)計計劃

7、評價治療計劃質(zhì)量的指標(biāo)有所不同射野方向選擇

1、以采用奇數(shù)射野對稱分布為起點布置射野，可不用避開危及器官。2、等角度間隔布野的基礎(chǔ)上調(diào)整射野方向可能改善計劃質(zhì)量。3、鼻咽癌多采用7/9個共面等機(jī)架角均分的布野方案，前列腺癌多采用5-7個射野。能量選擇：

多選用低能，小于或等于8MV；治療計劃的制作結(jié)果可能與能量無關(guān)。靶區(qū)形狀的優(yōu)化與CRT相同處方劑量的要求更明確各定義輪廓的劑量體積要求更詳細(xì)，更明確，目的性更強(qiáng)。靶區(qū)處方劑量應(yīng)至少包括95%靶體積；危及器官也有更細(xì)化的要求：串型器官Dmax約束；并型器官Dv約束；其它Dmax結(jié)合Dv約束。劑量熱點和冷點

在孤立的劑量熱點或冷點定義小的結(jié)構(gòu)，給予適當(dāng)?shù)膭┝炕騽┝矿w積約束，可以消除這些熱點或冷點。IMRT計劃一般采用逆向方式設(shè)計

設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)/約束條件，通過求解最優(yōu)化問題確定射野強(qiáng)分布和照射子野序列；

優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定原則；1、對靶區(qū)和危及器官，將臨床處方劑量要求設(shè)定為優(yōu)化目標(biāo)，加高權(quán)重；2、對靶區(qū)和危及器官，設(shè)定輔助優(yōu)化目標(biāo)，加中/低權(quán)重；3、對劑量限制成形結(jié)構(gòu)設(shè)定輔助優(yōu)化目標(biāo)，加低權(quán)重；照射子野序列的確定

傳統(tǒng)分步法:采用兩至四步確定子野序列第一步:優(yōu)化得到照射野的強(qiáng)度分布；第二步:由強(qiáng)度分布產(chǎn)生子野序列；第三/四步：優(yōu)化子野權(quán)重；

直接子野優(yōu)化方法，直接優(yōu)化每個照射野的每個子野的形狀和機(jī)器跳數(shù)，一步確定子野序列。傳統(tǒng)方法的局限性

在強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換時，計劃質(zhì)量可能變差，本已滿足的臨床要求可能不再滿足；可能會生成一些小的、形狀很不規(guī)則的子野，這些子野可能影響患者受照劑量的準(zhǔn)確度；子野數(shù)目多，MU多，導(dǎo)致治療時間長；計劃設(shè)計時間長；直接子野優(yōu)化的概念

直接子野優(yōu)化(DirectSegmentOptimization,DSO)是一種新型的IMRT計劃設(shè)計方法,亦稱DirectApertureOptimization或Direct

MachineParameterOptimization。

該方法通過定義、求解最優(yōu)化問題，直接優(yōu)化確定每個照射野的每個子野的形狀和機(jī)器。數(shù)該方法將調(diào)強(qiáng)放療計劃設(shè)計的多步合并為一步。IMRT計劃的評估與CRT相同之處：1、是否滿足臨床的各項要求；靶區(qū)的處方劑量達(dá)到與否，危及器官的劑量限制等；2、是否已無改進(jìn)的余地，力求做到最優(yōu)；3、是否可以實施和實施效率；不同于CRT之處：1、子野數(shù)目和MU是評價實施效率的重要指標(biāo)；2、靶區(qū)劑量均勻度的要求可適當(dāng)放松；3、可能出現(xiàn)分散、孤立的劑量熱點/冷點；CRT/IMRT計劃設(shè)計中存在的問題

1、靶區(qū)位置的不確定性；

呼吸門控、4D優(yōu)化、IGRT等方法。

2、物理劑量目標(biāo)/約束有局限性

結(jié)合EUD目標(biāo)/約束實施優(yōu)化

等效均勻劑量概念

對于靶區(qū)或正常組織，不均勻劑量分布產(chǎn)生的放射生物學(xué)效應(yīng)可以與某個均勻劑量分布等效，該均勻劑量稱為等效均勻劑量(EquivalentUniform

dos,EUD).

EUD