放射治疗计划设计与实践_王天权宁四海陈佐伟主编.pdf

西北大学出版社图书在版编目（C I P）数据放射治疗计划设计与实践/王天权，宁四海，陈佐伟 主编/西安市：西北大学出版社【作 者】王天权 宁四海 陈佐伟 主编【出版发行】西安市：西北大学出版社【页 数】1 2 7 【中图法分类号】R 8 1 5 (医药、卫生 特种医学 放射医学 放射疗法)【参考文献格式】王天权，宁四海，陈佐伟主编.放射治疗计划设计 与实践.西安市：西北大学出版社,书书书编委会主编王天权宁四海陈佐伟副主编杨怡萍卢金利樊涛(按姓氏笔画顺序排)王天权陕西省肿瘤医院放疗科副主任医师宁四海广西柳州广西医科大学第四附属医院肿瘤科副主任医师卢金利西安交通大学第一附属医院主治医师陈佐伟深圳市人民医院核医学科主治医师李楠陕西省肿瘤医院放疗科技师李莎陕西省肿瘤医院放疗科医师何博陕西省肿瘤医院放疗科技师杨怡萍陕西省肿瘤医院放疗科主任医师周海平陕西省宝鸡市中心医院肿瘤科主治医师谢小卫陕西省肿瘤医院放疗科副主任医师樊涛陕西省肿瘤医院 CT 室主治医师前言当今放疗追求的是精确治疗，适形和调强已成为放疗发展的主方向。随着三维适形治疗技术的发展，治疗剂量的增大，对精确性的要求要求越来越高。升高剂量，改善肿瘤控制能否实现完全取决于设野边缘外放范围的合理程度和肿瘤临近组织的限制剂量。但精确不等于准确，只有对治疗计划的每个环节熟悉了解，才有可能设计出既精确又准确的治疗计划。本书从治疗计划程序的每个步骤进行了探讨。从患者资料的获取、治疗决定、体位固定、放疗模拟、治疗、验证，任何一个环节的疏漏，都将影响治疗的准确性和精确性，尽而影响治疗的疗效。本书作者均为临床一线的医生，尽管我们付出了辛勤的汗水，但由于时间的仓促和水平的限制，错误在所难免，希望前辈和同仁不吝赐教。王天权放射治疗计划设计与实践001目 录第一章放疗模拟(1)第二章影像在放疗中的应用(8)一、影像获得(8)二、影像的处理(13)三、随访研究(15)第三章模型依据的剂量计算(17)一、放疗计算系统的历史(17)二、剂量计算的几种选择方式(19)三、剂量计算模型依据的辐射物理学基础(19)四、剂量计算(22)五、卷积方程(24)六、原光子入射在模体上的模型(25)七、射线束跟踪通过模体的入射能量注量(26)第四章患者的体位和固定(29)一、患者体位(29)二、准确性和可重复性(35)三、固定装置(40)四、体位装置(44)第五章三维适形放疗(49)一、3 D CRT 生物基本原理(50)二、三维适形的放疗计划(51)三、3 D 适形放疗的实施患者体位(64)四、计算机控制的放疗(65)五、三维适形放疗的不确定性(66)002放射治疗计划设计与实践第六章治疗计划的评估(68)一、正常组织并发症概率(NTCP)(69)二、肿瘤控制率(71)三、应用(72)第七章分次照射:放射生物学原理和临床实践(76)一、历史回顾(76)二、分次治疗的放射生物学原理(77)三、时间剂量分次模型(86)四、线性平方模型(LQ)(87)五、晚反应正常组织(90)第八章获取患者资料(96)一、诊断临床表现(96)二、肿瘤的分类(98)三、治疗决定(98)四、三维适形放疗的选择标准(CRT)(99)五、治疗计划过程(99)第九章胃肠道肿瘤(101)一、肛管癌(101)二、直肠癌(103)三、胰腺癌(105)四、食管癌(107)第十章中枢神经系统肿瘤(113)一、影像研究(114)二、放射治疗指南(115)三、正常组织耐受及脑和脊髓的放射性损伤(117)四、治疗计划(123)五、治疗计划影像的选择(123)书书书放射治疗计划设计与实践001几乎每个患者在放疗开始时要经过一个程序，这一程序要确定高剂量照射的组织区域。确定要照射的区域需要具有放射肿瘤医师的专业知识，放疗医师结合各种诊断和检查的结果，评估病变的范围和位置，设计适当的治疗过程。一旦区域限定，照射野完全包含靶区而靶区外的组织不受损伤。这个过程可通过各种方法来完成，但常见方法是射线穿过患者解剖部位形成可见的几何断面，用几何断面来设置适当的射线束。目的在于限定照射野以满足处方剂量的治疗，这个过程叫治疗模拟。在开始放疗剂量前之所以要模拟放疗是由于这样一个简单事实，那就是兆伏特放射具有损伤性，放疗尽可能缩小照射区。放疗模拟唯一关心的是治疗的几何图形，诸如射线的方向，射野大小，挡块的放置，患者的标记，以便每天都可复制性治疗的几何形状。在广泛意义上，剂量计算也是模拟考虑的一部分。传统上分为几何模拟和治疗计划，本章将局限于治疗的几何模拟。(一)常规模拟放疗模拟的目标是保证照射野完全正确地对准将要照射的组织区域，模拟的正确与否可通过使用兆伏特治疗机的验证片来证实，验证时将一个适当的敏感胶片放在射线突出患者的一端，当患者在指定的治疗位置时，射线束使胶片曝光。胶片处理后，依据检验片对患者体位进行调整。现在治疗模拟机的机械框架的组成和治疗机的相似，具有同样运动的机架、床、准直系统。诊断 X 线管代替了兆伏特的 X 线源，能够复制兆伏特射野的几何形状。射线束拦截后可产生传送 X 线照片或荧光检查影像。定位机可安装在远离控制台处。控制台带有荧光图像显示，允许操作时实时观看和修正射野位置。这种类型的治疗模拟和使用兆伏特的验证片相比有许多特点，最重要的有如下几点:002放射治疗计划设计与实践1 在不考虑用何种技术进位时，定位和记录所需时间较治疗长。2 诊断 X 线束在其径路上实际造成的组织损伤小。产生一个诊断 X 线照片的组织剂量远小于形成检证片的剂量。在定位过程中较大的体积有较多的照射时间，使得正常组织受到照射。3 高能射线产生的影像对比度差。在康普顿效应占优势的能量范围内，X 线能量衰减是电子密度的函数，与物质的原子数无关，这是它在治疗中一个显著的特征。但产生的传送影像差。由于高能射线的散射，影像质量更差。在影像平面内高能射线散射无法消除。用光效应占优势的能量射线来代替高能射线束，可很好地显示组织间差异。4 诊断能量透视影像可实时依据患者的解剖来观察和调整射野的位置。X 线透视直接观察一些器官的运动，而且还可将器官运动的情况结合在选择的射野几何形状中。在首次治疗前如果能有一台准确模拟射野几何形状的模拟机，那么将会大大改善治疗诸如调节患者的体位，验证挡块等问题。多数情况下，进行仔细的模拟后，照射将会正确的实施。定位结束后，由医师确定一个或更多照射野，用于患者的治疗。这些射野以如下几种方式记录下来:(1)在患者机械参数图上作出注释，标明那一些可通过记录检证系统用于随后患者的摆位;(2)模拟片表明从选择的方向和距离，患者解剖的 X线投影图。同时表明了靶到胶片的距离，准直器的位置及 X 片别的参数，最后采用铅笔勾画出治疗时需要保护的部分，用来制作挡块;(3)当治疗机在适当的方位时，在患者身上或患者的固定装置上标出射野的投影图。(二)靶区模拟利用平面 X 线片或 X 线透视检查，制订放疗几何计划的限制是在多数情况下不可能直接看见要照射的部位(靶)。虽然肺癌和骨转移癌例外，但多数情况下靶区的位置要结合临床，解剖知识及断层影像来推断，不能直接看见病变组织。考虑到肿瘤扩散的特性，放疗包括较大的照射区域，包含了正常组织。由于确定照射野依据骨和气道，照射野几乎采用前后，后前及侧位野。利用显影增强剂等一些辅助手段，可直接显示某些结构例如通过直肠和膀胱造影确定前列腺位置，或手术放置银夹标明手术部位，但是在不能直接看见靶结构时，局域治疗依据骨解剖而确定。直接显示软组织一个有效的途径是运用断层诊断影像，如 CT、MRI。CT 具有高放射治疗计划设计与实践003空间逼真度和很好的组织显示等特性，因而在放疗模拟中备受青睐。毫不夸张地说，断层影像方法彻底改革了诊断和各种治疗。在放疗方面，断层影像很明显的优势在于使我们直接地看见病变组织，并且应用这些知识确定适当的治疗区。尽管在CT 下能更清晰地看见患者的解剖结构，而且能直接观察病灶，面临的问题是转换断层影像，使之能用于治疗几何计划中。尽管临床医师对患者疾病非常了解，但仍必须依据 X 射线平面片上显示的病变和周围组织的关系考虑。解决这个问题的办法是治疗机或模拟机具有获取 CT 能力。1982 年首次报道了治疗机或模拟机获取 CT 影像。治疗机或模拟机装有影像接受器，目的是为了拦截中心射线或射线束的中心平面。当这些射线束围绕患者照射时，这些射线束还可通过楔形板或托架上的附件滤过。模拟机转换用作 CT 扫描需要将 X 线管升级，以具有旋转功能。还需增添一台计算机进行影像重建，需要增添一台显示影像的监视器，适当的射线束滤过和影像接受器。由 CT 定位机产生的影像要比由诊断 CT 产生质量差，尽量定位 CT 应用后图像质量明显改善，而每次扫描时间在数分钟内，每位患者扫描层数受限于 12 层或 24 层。在另一方面，CT 定位机扫描孔径比诊断 CT孔径大，确保患者定位体位和治疗体位一致。当诊断 CT 用作定位时，诸如需要平板床等有关患者体位的机械问题显现出来，而 CT 定位机则不存在这样的问题。当 CT 模拟时，在患者的治疗体位获得一个或几个轴向 CT 影像，显示病灶。这一技术进展很快，一旦等中心确定，人们在选择平面上能看见相对于等中心病灶和敏感组织的几何关系，并且在模拟完成前依据需要进行调整。通过改变或移动射野大小实时观看照射野效果，这反过来也给我们缩小射野边缘，及采用非常规射野的信心。(三)虚拟模拟将断层影像完全用于治疗模拟的一种方法是用计算机模拟器完全代替模拟机。在这个方法中需要一些软件，诸如虚拟模拟器，模拟治疗机以及处理从一系列 CT 或其它断层影像所取得的数字象征的患者。由于患者和治疗机是虚拟的，这一过程称为虚拟模拟。它等同于 CT 模拟。利用虚拟模拟形成射野安排在某种程度上不同于身体模拟，但概念上相同。固定:在虚拟模拟中放疗患者的固定至关重要，由于所有的几何计划都在计算机模式中进行，那么就必须保证 CT 定位和每天放疗的体位一致。要达到体位一致，躯干部肿瘤就要使用半体真空垫来固定;头颈部则定做热塑料面膜来固定。004放射治疗计划设计与实践CT 断层:患者躺在固定装置中，当要进行 CT 扫描时，通常在 CT 床上制作固定装置。但原则上固定装置在何时何地都在制作。登记放入头架中的头模，将头枕、面膜随同头架一起登记体模，目的是确保定位和治疗体位的一致。对于体模，用侧位和矢状位激光灯来校正体模。在 CT 定位时，基准线画在体模上，这些基准线作为患者体位校正和随后虚拟模拟确定射野等中心的参考标记。建立坐标系:坐标系是当观察者在 CT 床尾时，X 轴是从左到右，Y 轴朝向天花板，Z 轴朝向观察者的顺时钟方向依据治疗床的体系。假定患者在治疗方位躺在床上，X 原点是在治疗床中心;Y 原点是在床头;Z 原点具体到患者。Z 原点利用 CT 扫描机的横向激光选择和标记，将患者放置在 Z=0 的机架中心上，在体模上标记该位置;锁定 Z=0 时，Y 原点无须标记，因为床头位置很容易限定。组织勾画:一旦扫描结果获得，患者就可离去。随后的模拟步骤在计算机上进行，开始勾画靶区，这一过程在治疗设计中至关重要。这些组织通常包括一个或多个靶区，避免重要组织器官受照射。靶区勾画包括 GTV、CTV、PTV。GTV 是可见靶区，指肿块可能摸到或可见或临床上证实存在肿瘤病灶的范围和位置;CTV 为临床靶区加上亚临床病灶，为了达到根治或姑息的目的，CTV 必须接受足够的照射剂量。有时 GTV 和 CTV 是相同的，GTV 和 CTV 是解剖和生物学上的概念，PTV 是一个几何上的概念。考虑到各种几何因素改变的影响，需要选择适当大小的照射野，确保CTV 获得准确的处方剂量。PTV 由 CTV 加上患者的运动、器官运动、器官形状和大小的改变和射野的不确定性构成。照射野设计:一旦三维适形的组织勾画完成后，就可依据勾画的组织设置适当的射野。虚拟模拟和实际模拟一样，虚拟模拟能模拟治疗机运动。虚拟模拟由七个控制板组成，这些控制板或窗口一起实施常规模拟机或治疗机的功能，尤其是 BEV 控制板能仿效传统荧光检查。因为