第十讲 光子束外照射治疗计划系统.pptVIP

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第十讲 光子束外照射治疗计划系统

光子束外照射治疗计划系统 概念 系统硬件 系统软件和计算算法 数据获取 临床测试与质量保证 定期的质控 治疗计划的独立审核 实践:国产TPS简介与应用 一 、概念 计算机治疗计划系统(treatment planning systems, TPS):用于体外放射治疗的射束形状和剂量分布设计,以达到最大的肿瘤控制和最少的正常组织并发症的计算软件系统。 传统的正向计划设计基于有经验的专业人员进行设计和误差分析。 调强放疗(Intensity modulated radiotherapy ,IMRT)逆向计划是利用剂量优化技术来满足计划设计者设定的靶区和危及器官的剂量要求。 三维放射治疗的实施 二、系统硬件 治疗计划系统的硬件:包括中央处理器、图形显示器、内存、数字化仪、输出装置、储存和网络通讯装置。 存档操作包括:射野数据和参数、CT图像及剂量分布等与病人相关的数据、以及传输到配备了记录与验证系统的直线加速器上用于病人摆位的数据。 数字化仪:用于手工输入病人的横断面轮廓和BEV方向的不规则射野形状。通常为背光写字板,用磁性触针来进行形状的手工描迹。 系统软件和计算算法 (一) 卷积算法 将介质中任意点的剂量表述为原射线和散射线成份的叠加。这类算法是将放射线分解为原射线和次级射线或散射线成分,再分别进行处理。由于射束形状和强度、病人几何结构和组织不均匀性变化导致的散射线改变在计算剂量分布时会得到体现。 (二)蒙特卡罗/随机取样法 蒙卡技术基于跟踪大量粒子的运动过程,包括粒子从放射源射出后在病人体内和体外进行的多阶散射相互作用,以此计算剂量分布。 蒙卡技术能通过个体化计算每台直加的几何结构、射野形成装置(如档块、多叶准直器)、病人不规则表面和密度不均匀等因素来准确模拟粒子相互作用的物理特性,他们允许考虑大量复杂的病人治疗条件。 (三)笔形束算法 通常用于电子束剂量计算。将某一点的能谱或剂量内核在模体内沿直线相加获得笔形射线束或剂量分布。通过对患者表面的笔形束进行积分来计算原射线的强度改变,以及随深度和组织密度的变化修正笔形束的形状,可以得到剂量的分布。 射野修饰器 TPS需要处理的部分装置和需要特别考虑的主要事项包括:光子束修饰器(准直光栏、档块、补偿器、多叶准直器、楔形板)和电子修饰器(限光筒Cone、挡板、组织等效物) 光子束修饰器 准直光栏:射野的大小通过电动的准直装置(准直光栏)来确定。TPS会将准直光栏所处位置形成的半影计算在内,还考虑由于准直器的设计造成的横向与纵向开野对称性的不同。 档块:TPS需要计算射野的屏蔽效果,通过考虑档块的有效衰减来降低遮挡区域下的总剂量。 MLC:几乎可代替所有传统安装的射野档块,只有岛状档块和过分弯曲的档块除外。典型的MLC的叶片在等中心平面的宽度为0.5~1.0cm。TPS应考虑叶片的设计,以模拟其穿透和半影。 楔形板:TPS能模拟平行或垂直于物理楔形板主轴的剂量效应。 Bolus:TPS可设计个体化的组织补偿器,以解决组织缺失问题或修饰剂量分布使其与不规则靶区形状适形。 电子束修饰器 限光筒(Cone或Applicator):是电子线的外部准直器,以减少电子束在空气中的扩散。 薄的低熔点挡铅:显著影响电子射野的剂量学特性(特别是PDD和输出因子),TPS应能模拟这些影响。 图像显示 射束方向观(Beam’s eye view,BEV) 医生方向观(room’s eye view, REV) BEV经常与DRR一起协助评估肿瘤的覆盖及挡板或MLC射束修整效果。REV给使用者提供了机架与治疗床之间关系的直观显示,有助于避免在按虚拟模拟摆位时碰床。 DRR:是根据病人CT数据,利用数学方法重建的射线穿透投影图像。 剂量体积直方图 DVH可分为微分DVH(differential DVH)和积分DVH(cumulative DVH),前者的纵轴代表接受了横轴所指示剂量的体积;后者的纵轴代表接受了等于或大于横轴指示剂量的体积或百分体积。 DVH不能表示剂量的位置信息,但将其叠加可帮助评估不同计划的优劣。 优化和剂量监测跳数计算 算法可优化射野权重、几何形状、靶区和危及器官的最大和最小剂量限值。 TPS的照射跳数计算与计算过程和归一方法直接有关。要求有:相对射野大小的输出因子、楔形因子、托盘因子和机器的其他相关因子。 三、数据获取与输入 机器数据:各种机械结构参数、MLC叶片的设计和运动参数、限光筒的尺寸等信息 射野数据的获取与输入:PDD、OAR、沿对角线的剂量分布图和楔形野的横向线剂量分布图、中心轴的楔形因子、托盘因子、其他附件因子等。 基于蒙卡的TPS需要加速器射束路径上各部件的组成

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