治疗计划设计
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剂 量 体 积 直 方 图 ( Dose Volume Histogram, 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。
DVH的应用
•对靶区而言
–积分DVH曲线越陡表示靶区剂量分布越均匀 –积分DVH曲线越靠右表示靶区受照剂量越高
•对危及器官而言
–如果一个计划的DVH曲线总是在另一个计划的DVH 曲线的左侧，则前一个计划优于后一个计划 –如果两条曲线交叉，则优劣判断要依器官类型而 定
–图象处理:可输入和处理患者图像
–射野布置：可设定照射野相对于患者坐标系的 空间位置
–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
3D治疗计划系统
3D 图象 : 可输入多种模式的患者断层图象， 可配准不同模式的图像，可重建患者患者3D 假体
ICRU 62 的区域定义(四)
计划靶区
(Planning Target Volume, PTV) CTV + Additional margin to allow setup errors and GTV/CTV motion
ICRU 62 的区域定义图示
照射区
大体肿瘤(GTV) 临床靶区(CTV)
ICRU 69的其它区域定义(一)
危及器官 Organs at risk (OR) normal tissues whose radiation sensitivity may significantly influence treatment planning and/or prescribed dose.
描述靶区剂量分布: 最大剂量、最小剂量、平均剂量、 剂量SD和DVH等
ICRU报告:危及器官剂量规定
剂量报告要求
最大剂量 超过特定耐受剂量水平的体积 描述剂量分布其它参数: 最小剂量、平均剂量、
剂量SD和DVH等
ICRU 62 的区域定义(一)
大体肿瘤
(Gross Tumor Volume, GTV) Primary Tumor and Possibly metastatic lymph nodes or other metastases visible by imaging or clinical examinations
不同分次间的运动可采取在线校正技术，如射
野影像重定位和超声重定位技术。
器官运动的优化补偿技术
CTV
实线表示在优化过程中考虑器官运动获得的优化计划; 虚线表示在CTV周围外放1cm间距获得的优化计划
(调强)适形放疗技术对靶区定义的要求
(调强)适形放疗提供了实现接近理想剂量分布的物 理手段。如果靶区定义不当，就失去了适形的意义， 甚至可能造成严重后果。 充分利用多种影像手段，从各个侧面反映肿瘤情况 以准确定义靶区形状
影响PTV与CTV间距的因素
靶区定位的不确定度SDtl
器官运动 医学影像设备分辨能力的局限
患者摆位误差SDps
患者体位变化
患者身体状况，如体重变化
激光灯和光距尺的误差
射野位置误差SDbs
各因素不确定度的合成
靶区位置总不确定度
SDtotal SD SD SD
2 tl 2 ps
治疗区
计划靶区(PTV)
GTV的确定
一般由放疗医师依据多种模式的影像确定GTV
GTV的确定受多种因素的影响
医师知识和经验
影像模式 影像参数的设置
医师知识和经验
两侧脑肿瘤患者，不同医师GTV勾画
(——) 8位放疗科医师 (……) 2位放诊科医师 (------) 2位神经外科医师 (Leunens et al., 1993.)
Therapy with Photons and Electrons (1978) Report 50 Prescribing, Recording, and Reporting Photon Beam Therapy (1993) Report 62 Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy (Supplement to ICRU Report 50) (1999)
2 bs
PTV与CTV的间距取为 1.65 SDtotal 1.96 SDtotal 1.5 SDtotal
Antolak & Rosen Ekberg et al Goitein
与危及器官的位置关系影响PTV的定义
ICRU方法：
Scenario A.
Scenario B.
PTV CTV IM SM
优化确定治疗方案
计划设计过程
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DV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
计划师 计划师 计 医 计划师 计 医 计划师
计划设计方式
正向 逆向
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：
PTV CTV K IM SM
2 2
Scenario C. PTV CTV+ IM (OAR近邻) 或CTV (OAR紧邻)
替代方法： 允许靶区和危及器官外 放后互相交叉.
外放间距的方法：2D vs. 3D
Purdy, Seminars on Radiation Oncology, 14 (1): 27-40, 2004
靶区定义：例3
左侧乳腺局部切除后术后放疗
PTV与CTV之间的间距
医科院肿瘤医院经验
头颈 肺癌 各方向均为5 mm 前后、左右 5-15mm 上下 10-20mm 前列腺 前后10mm,与直肠或膀胱相邻处5mm
上下 10mm
左右 5mm
PTV体积与CTV和间距的关系
假设CTV为球形，CTV和PTV体积表示为
DVH的局限性
无空间位置信息，不能说明剂量热点或冷点的位置。
计划设计中的基本概念
肿瘤控制概率和正常组织并发症概率 肿瘤致死剂量是指放射线使绝大部分肿瘤破坏死亡 而达到局部治愈的放射线剂量；是将达到 95%的肿 瘤控制率所需要的剂量(TCD95) 正常组织耐受剂量是指一正常组织不出现严重的放 射性损伤时可以接受的最大剂量；可分为 TD5/5 和 TD50/5 治疗比是正常组织耐受剂量和肿瘤致死剂量之比 治疗增益比表示因某种治疗技术致成的肿瘤控制率 与周围正常组织损伤率之比
ICRU 69的其它区域定义(二)
计划危及器官 Planning organ at risk volume (PRV) organ at risk + safety margin to be used in treatment planning.
ICRU 69的其它区域定义(三)
剂量热点 Hot Spot Normal tissue OUTSIDE ห้องสมุดไป่ตู้TV receiving doses larger than 100% of specified PTV dose is considered a hot spot. diameter >15 mm.
放射治疗的计划设计
中国医学科学院 肿瘤医院放疗科 戴建荣
概
计划设计的基础知识
要
ICRU有关放射治疗处方、记录和报告的规定 CRT计划设计 IMRT计划设计
计划设计定义
• 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 一个重要环节。
计划设计内涵的扩展
剂量计算和剂量显示
影像技术的发展使从3D空间甚至4D时空准 确定义靶区和正常组织成为可能 剂量计算模型的发展使在3D空间准确了解 靶区和正常组织的受照剂量成为可能
ICRU的有关报告
International Commission on Report 29 Radiation Units and Measurements 国际辐射单位和计量委员会 Dose Specification for Reporting External Beam
射野与患者治疗部位之
间的相互位置关系。
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
治疗室某个位置观察到 的治疗机(射野)和患者 (治疗部位)之间的空间 位置关系。
计划评价工具: 2D、3D剂量分布显示
横断面 矢状面 冠状面
计划评价工具: 剂量体积直方图
CTV的确定:例1
A: 肿瘤外无病灶的占41%。 B:. 参考肿瘤外扩展2cm，占17%。 C: 参考肿瘤外非浸润肿瘤灶扩展>2cm，占28%。 D: 参考肿瘤外浸润肿瘤灶扩展>2cm，占14%。
CTV的确定:例2
ITV的确定
在 CTV 的 基 础 上 外 放 一 定 间 距 ( internal margin, IM)，补偿在治疗过程中因为运动 引起的CTV的位置和形状的变化。 在采用 4D 影像技术获取的不同时相的多套 3D 影像序列中分别勾画 CTV，再叠加得到 ITV；或采用最大密度法将不同时相的 3D影 像序列合成为一套 3D影像序列，再勾画ITV。
适形指数 Conformity Index (CI) can be (ITV) employed when the PTV is 内靶区 fully enclosed by the treated volume, then being the quotient of the treated volume and the volume of the PTV.
ICRU 62 的区域定义(二)
临床靶区
(Clinical Target Volume, CTV) GTV + tissues of potential tumor spread or sub-clinical diseases
ICRU 62 的区域定义(三)
内靶区
(Internal Target Volume, ITV) CTV + internal margin to account for motion of CTV due to organ motion
窗宽、窗位对GTV定义的影响
Purdy, Seminars on Radiation Oncology, 14 (1): 27-40, 2004
CTV的确定
在确定GTV后，根据肿瘤的扩散特点可以确 定在GTV周围的亚临床灶和在远处可能侵犯 的范围 在确定CTV时只考虑静态影像和肿瘤的生物 学行为，不考虑器官运动、摆位误差和将 要采用的治疗技术
3D布野：可设定共面和非共面射野 3D计算：可采用3D剂量计算模型计算患者治 疗部位的剂量分布 3D显示：可3D显示患者解剖结构、射野布置 和剂量分布
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置， 沿射野中心轴方向观看
VCTV 4 3 RCTV 3
VPTV 4 ( RCTV M ) 3 3
VPTV/VCTV与CTV半径和间距之间的关系
器官运动和IMRT治疗实施的相互影响
器官运动的其它应对措施
除了外放间距的办法，器官运动还有更积极 的应对措施：
同一分次内的运动可采取优化补偿技术、门控 技术和跟踪技术处理
ICRU 69:正常组织结构分类
(a) 串型组织 (如:脊髓) (b) 并型组织 (如:肺) (c) 串-并型组织 (如:心脏) (d) 混合型组织 (如:肾小球)
ICRU报告:靶区剂量规定
处方剂量应由放疗医师确定
CTV的实际照射剂量要由PTV剂量分布估计 剂量报告要求
ICRU参考点(Reference Point)剂量。参考点取靶区中 心，在可能的情况下取各射野中心轴交叉点。
正常组织耐受剂量
概
计划设计的基础知识
要
ICRU有关放射治疗处方、记录和报告的规定
靶区概念和靶区剂量规定的重要性 ICRU报告中的靶区定义 ICRU报告中的危及器官定义 ICRU报告中的剂量规定
CRT计划设计 IMRT计划设计
靶区概念和靶区剂量规定的重要性
放射治疗实践的需要
DVH的应用
•对靶区而言
–积分DVH曲线越陡表示靶区剂量分布越均匀 –积分DVH曲线越靠右表示靶区受照剂量越高
•对危及器官而言
–如果一个计划的DVH曲线总是在另一个计划的DVH 曲线的左侧，则前一个计划优于后一个计划 –如果两条曲线交叉，则优劣判断要依器官类型而 定
–图象处理:可输入和处理患者图像
–射野布置：可设定照射野相对于患者坐标系的 空间位置
–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
3D治疗计划系统
3D 图象 : 可输入多种模式的患者断层图象， 可配准不同模式的图像，可重建患者患者3D 假体
ICRU 62 的区域定义(四)
计划靶区
(Planning Target Volume, PTV) CTV + Additional margin to allow setup errors and GTV/CTV motion
ICRU 62 的区域定义图示
照射区
大体肿瘤(GTV) 临床靶区(CTV)
ICRU 69的其它区域定义(一)
危及器官 Organs at risk (OR) normal tissues whose radiation sensitivity may significantly influence treatment planning and/or prescribed dose.
描述靶区剂量分布: 最大剂量、最小剂量、平均剂量、 剂量SD和DVH等
ICRU报告:危及器官剂量规定
剂量报告要求
最大剂量 超过特定耐受剂量水平的体积 描述剂量分布其它参数: 最小剂量、平均剂量、
剂量SD和DVH等
ICRU 62 的区域定义(一)
大体肿瘤
(Gross Tumor Volume, GTV) Primary Tumor and Possibly metastatic lymph nodes or other metastases visible by imaging or clinical examinations
不同分次间的运动可采取在线校正技术，如射
野影像重定位和超声重定位技术。
器官运动的优化补偿技术
CTV
实线表示在优化过程中考虑器官运动获得的优化计划; 虚线表示在CTV周围外放1cm间距获得的优化计划
(调强)适形放疗技术对靶区定义的要求
(调强)适形放疗提供了实现接近理想剂量分布的物 理手段。如果靶区定义不当，就失去了适形的意义， 甚至可能造成严重后果。 充分利用多种影像手段，从各个侧面反映肿瘤情况 以准确定义靶区形状
影响PTV与CTV间距的因素
靶区定位的不确定度SDtl
器官运动 医学影像设备分辨能力的局限
患者摆位误差SDps
患者体位变化
患者身体状况，如体重变化
激光灯和光距尺的误差
射野位置误差SDbs
各因素不确定度的合成
靶区位置总不确定度
SDtotal SD SD SD
2 tl 2 ps
治疗区
计划靶区(PTV)
GTV的确定
一般由放疗医师依据多种模式的影像确定GTV
GTV的确定受多种因素的影响
医师知识和经验
影像模式 影像参数的设置
医师知识和经验
两侧脑肿瘤患者，不同医师GTV勾画
(——) 8位放疗科医师 (……) 2位放诊科医师 (------) 2位神经外科医师 (Leunens et al., 1993.)
Therapy with Photons and Electrons (1978) Report 50 Prescribing, Recording, and Reporting Photon Beam Therapy (1993) Report 62 Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy (Supplement to ICRU Report 50) (1999)
2 bs
PTV与CTV的间距取为 1.65 SDtotal 1.96 SDtotal 1.5 SDtotal
Antolak & Rosen Ekberg et al Goitein
与危及器官的位置关系影响PTV的定义
ICRU方法：
Scenario A.
Scenario B.
PTV CTV IM SM
优化确定治疗方案
计划设计过程
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DV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
计划师 计划师 计 医 计划师 计 医 计划师
计划设计方式
正向 逆向
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：
PTV CTV K IM SM
2 2
Scenario C. PTV CTV+ IM (OAR近邻) 或CTV (OAR紧邻)
替代方法： 允许靶区和危及器官外 放后互相交叉.
外放间距的方法：2D vs. 3D
Purdy, Seminars on Radiation Oncology, 14 (1): 27-40, 2004
靶区定义：例3
左侧乳腺局部切除后术后放疗
PTV与CTV之间的间距
医科院肿瘤医院经验
头颈 肺癌 各方向均为5 mm 前后、左右 5-15mm 上下 10-20mm 前列腺 前后10mm,与直肠或膀胱相邻处5mm
上下 10mm
左右 5mm
PTV体积与CTV和间距的关系
假设CTV为球形，CTV和PTV体积表示为
DVH的局限性
无空间位置信息，不能说明剂量热点或冷点的位置。
计划设计中的基本概念
肿瘤控制概率和正常组织并发症概率 肿瘤致死剂量是指放射线使绝大部分肿瘤破坏死亡 而达到局部治愈的放射线剂量；是将达到 95%的肿 瘤控制率所需要的剂量(TCD95) 正常组织耐受剂量是指一正常组织不出现严重的放 射性损伤时可以接受的最大剂量；可分为 TD5/5 和 TD50/5 治疗比是正常组织耐受剂量和肿瘤致死剂量之比 治疗增益比表示因某种治疗技术致成的肿瘤控制率 与周围正常组织损伤率之比
ICRU 69的其它区域定义(二)
计划危及器官 Planning organ at risk volume (PRV) organ at risk + safety margin to be used in treatment planning.
ICRU 69的其它区域定义(三)
剂量热点 Hot Spot Normal tissue OUTSIDE ห้องสมุดไป่ตู้TV receiving doses larger than 100% of specified PTV dose is considered a hot spot. diameter >15 mm.
放射治疗的计划设计
中国医学科学院 肿瘤医院放疗科 戴建荣
概
计划设计的基础知识
要
ICRU有关放射治疗处方、记录和报告的规定 CRT计划设计 IMRT计划设计
计划设计定义
• 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 一个重要环节。
计划设计内涵的扩展
剂量计算和剂量显示
影像技术的发展使从3D空间甚至4D时空准 确定义靶区和正常组织成为可能 剂量计算模型的发展使在3D空间准确了解 靶区和正常组织的受照剂量成为可能
ICRU的有关报告
International Commission on Report 29 Radiation Units and Measurements 国际辐射单位和计量委员会 Dose Specification for Reporting External Beam
射野与患者治疗部位之
间的相互位置关系。
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
治疗室某个位置观察到 的治疗机(射野)和患者 (治疗部位)之间的空间 位置关系。
计划评价工具: 2D、3D剂量分布显示
横断面 矢状面 冠状面
计划评价工具: 剂量体积直方图
CTV的确定:例1
A: 肿瘤外无病灶的占41%。 B:. 参考肿瘤外扩展2cm，占17%。 C: 参考肿瘤外非浸润肿瘤灶扩展>2cm，占28%。 D: 参考肿瘤外浸润肿瘤灶扩展>2cm，占14%。
CTV的确定:例2
ITV的确定
在 CTV 的 基 础 上 外 放 一 定 间 距 ( internal margin, IM)，补偿在治疗过程中因为运动 引起的CTV的位置和形状的变化。 在采用 4D 影像技术获取的不同时相的多套 3D 影像序列中分别勾画 CTV，再叠加得到 ITV；或采用最大密度法将不同时相的 3D影 像序列合成为一套 3D影像序列，再勾画ITV。
适形指数 Conformity Index (CI) can be (ITV) employed when the PTV is 内靶区 fully enclosed by the treated volume, then being the quotient of the treated volume and the volume of the PTV.
ICRU 62 的区域定义(二)
临床靶区
(Clinical Target Volume, CTV) GTV + tissues of potential tumor spread or sub-clinical diseases
ICRU 62 的区域定义(三)
内靶区
(Internal Target Volume, ITV) CTV + internal margin to account for motion of CTV due to organ motion
窗宽、窗位对GTV定义的影响
Purdy, Seminars on Radiation Oncology, 14 (1): 27-40, 2004
CTV的确定
在确定GTV后，根据肿瘤的扩散特点可以确 定在GTV周围的亚临床灶和在远处可能侵犯 的范围 在确定CTV时只考虑静态影像和肿瘤的生物 学行为，不考虑器官运动、摆位误差和将 要采用的治疗技术
3D布野：可设定共面和非共面射野 3D计算：可采用3D剂量计算模型计算患者治 疗部位的剂量分布 3D显示：可3D显示患者解剖结构、射野布置 和剂量分布
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置， 沿射野中心轴方向观看
VCTV 4 3 RCTV 3
VPTV 4 ( RCTV M ) 3 3
VPTV/VCTV与CTV半径和间距之间的关系
器官运动和IMRT治疗实施的相互影响
器官运动的其它应对措施
除了外放间距的办法，器官运动还有更积极 的应对措施：
同一分次内的运动可采取优化补偿技术、门控 技术和跟踪技术处理
ICRU 69:正常组织结构分类
(a) 串型组织 (如:脊髓) (b) 并型组织 (如:肺) (c) 串-并型组织 (如:心脏) (d) 混合型组织 (如:肾小球)
ICRU报告:靶区剂量规定
处方剂量应由放疗医师确定
CTV的实际照射剂量要由PTV剂量分布估计 剂量报告要求
ICRU参考点(Reference Point)剂量。参考点取靶区中 心，在可能的情况下取各射野中心轴交叉点。
正常组织耐受剂量
概
计划设计的基础知识
要
ICRU有关放射治疗处方、记录和报告的规定
靶区概念和靶区剂量规定的重要性 ICRU报告中的靶区定义 ICRU报告中的危及器官定义 ICRU报告中的剂量规定
CRT计划设计 IMRT计划设计
靶区概念和靶区剂量规定的重要性
放射治疗实践的需要