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第六章放射治疗计划设计的物理原理第一节临床治疗计划设计的基本原则第二节计划设计中的有关概念及规定第三节固定照射技术及照射野设计原理第四节治疗计划设计步骤第一节临床治疗计划设计的基本原则一、临床剂量学四原则：1、肿瘤剂量要求准确。2、治疗的肿瘤区域内剂量分布均匀，达到90%的剂量分布，剂量变化不能超过±5%。3、照射野设计应尽量提高治疗区域内剂量，降低照射区正常组织受量范围。4、保护肿瘤周围重要器官，不能超过耐受剂量。二、临床要求治疗比：正常组织耐受剂量与肿瘤致死剂量之比。它不受治疗技术的影响，如精原细胞瘤，肠管耐受量是5000cGy，而瘤体耐受量是2500cGy，治疗比大于1，容易治疗；畸胎瘤，肠管耐受量还是5000cGy，而瘤体耐受量是10000cGy，治疗比小于1，不易治疗。治疗增益比：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肿瘤控制概率（TCP）：是消灭肿瘤细胞的概率，随剂量的变化而变化。达到95%的肿瘤控制概率所需的剂量定义为肿瘤致死剂量TCP95。正常组织并发症概率（NTCP）是正常组织放射并发症的概率，也是随剂量的变化而变化。产生5%或50%相应损伤的概率所需的剂量定义为正常组织的耐受剂量TD5/5，TD50/5。第二节射线种类的选择1、射线种类的选择电子线与X线电子线适用于表浅肿瘤或表浅淋巴结转移的治疗X线适用于深部肿瘤治疗2、能量的选择根据治疗深度选择适当的射线能量。深度越大选择射线能量应越高。第三节计划设计中的有关概念及规定一、外照射靶区的划分肿瘤体积（GTV）临床体检、影像、病理检查显示的恶性肿瘤的位置和范围。临床靶体积（CTV）包括GTV、亚临床病灶以及可能侵润的范围。内靶区（ITV）由于器官运动造成CTV边界的放大。计划靶体积（PTV）为确保CTV能得到即定的照射剂量，考虑各种不确定因素在CTV基础上外放一定范围所包括的体积。患者器官运动和由于日常摆位、治疗机误差、治疗中靶位置和靶体积变化等因素引起的扩大照射的组织范围，以确保临床靶区CTV得到规定的治疗剂量。PTV决定着照射野的大小。危及器官(OR)可能因照射而损伤的正常器官。分并型结构和串型结构、串并型结构。计划危险器官（PRV）考虑危及器官在治疗过程中由于摆位固定误差和呼吸等生理运动带来的位移和形态改变而增加的区域。PRV大于OR区域。生物靶区（BTV）指肿瘤生物学因素决定的靶区内放射敏感性不同的区域，包括因素：乏氧及供血、增值、凋亡及细胞周期调控、癌基因和抑癌基因改变、浸润及转移性等。二、治疗计划的描述（在治疗计划设计中叙述）第四节固定照射技术及照射野设计原理常用的照射技术有：固定源皮距(SSD)技术，等中心定角(SAD)技术和旋转(ROT)技术三种。一、高能X（γ）射线照射野技术高能X（γ）射线的PDD曲线，用最大剂量点深度dmax将曲线分成剂量建成区和指数吸收区两部分。建成区内剂量变化梯度较大，剂量不易控制，靶区都应放到最大剂量点深度dmax之后。1、单野照射：除外靶区范围很小（如颈、锁淋巴结）时，可使用单野照射外，一般不主张用单野照射。单野照射时，也应将病变放到dmax之后。如病变较浅，可使用组织替代物将dmax深度提到病变之前。2、两野照射两野交角照射：因几何关系，在病变区形成“内野”型剂量分布，剂量分布不均匀。用适当角度的楔型滤过板，可使靶区剂量均匀。选用楔形角α与两射野中心轴交角θ满足α＝90°－θ／2条件时，可在两野交叉形成的菱形区内得到均匀的剂量分布，适当增减楔形角大小，可分别在射野远、近端得到偏高的剂量。3、三野照射：由于单野照射分布不均匀，两野对穿照射会形成剂量叠加，所以要求三个射野的剂量分布合成后要分布均匀并符合靶区要求。一种是在对穿野上加适当角度的楔型板；另一种是采用三野交角照射，正常组织的单位体积剂量与靶区单位体积剂量之比为1/3，治疗增益比提高3倍，相当于三对对穿野的治疗增益比。采用三野照射的情况：①靶区位于体位中心而不能使用两野交角照射②两野对穿照射因不能得到较高的射线能量，射野间距又很大，不能获得大于1的治疗增益比③靶区附近有重要器官而不能使用四野照射技术。权重：治疗计划中整组照射野中各个射野的剂量配比。权重也是调节剂量曲线分布的一个重要手段。4、共面野与非共面野：以上照射技术中，各照射野的射野中心轴都位于同一平面，称共面野；反之不在同一平面的称非共面野。共面野它只能在射野轴平面内得到与靶区适合度较理想的剂量分布，但它会因靶区变大而使用大野后变坏。5、旋转照射：是用单野通过靶区中心绕患者旋转一定范围进行相当于多野交角的照射。可得到较好的剂量分布，皮肤剂量较小，靶区剂量高，靶区外剂量下降较快，能提供足够的靶区剂量和较能适合靶区形状的剂量分布。6、相邻射野设计：射野相临会产生超剂量或欠剂量，造成严重放射并发症或肿瘤的局部复发。相邻射野包括：两野相临、对穿野相临、多野相临、正交野相临（正交非共面野相临）。正交野：两个射野中心轴相互垂直但不相交的射野称为正交野。7、不对称射野：即射野中心轴偏离线束中心轴的射野。独立准直器构成的半野、斜野和斜野挡铅构成的野都是不对称射野。它们在共面、非共面野的邻接中起着极其重要的作用。二、高能电子束的能量和照射野的选择高能电电子束的有效治疗深度(cm)约等于1/3~1/4电子束的能量(MeV)。能量选择根据靶区深度，靶区剂量的最小值及危及器官可接受的耐受剂量等因素综合考虑。如靶区后正常组织的耐受剂量较高，可以90%等剂量曲线包括靶区来选择电子束的能量；如耐受剂量低，如乳腺癌的术后治疗，往往以保证胸壁和肺的界面处百分深度剂量不超过80%（甚至70%左右）来选择射线能量，以尽量减少肺组织的受量。选择射野大小的原则应保持特定的等剂量曲线完全包围靶区。射野应至少等于或大于靶区横径的1.18倍，在此基础上根据最深部分的宽度的情况射野再外放0.5~1.0cm。第五节治疗计划设计步骤患者就诊到治疗结束要经过体模阶段、计划设计、计划确认和计划执行四个环节。四环节有机配合是治疗成功的关键。体模阶段：包括治疗体位的确定，体位的固定方法和肿瘤的定位。此阶段的主要任务是：确定肿瘤的位置和范围，以及与周围组织和重要器官间的相互关系，为计划设计提供解剖资料；医生为患者制订治疗方针，如靶区、靶区剂量、剂量给予方式等。治疗计划的设计：放疗医生根据肿瘤分布情况，结合具体肿瘤的临床表现，勾划出靶区和计划区的范围，并预计出靶的致死剂量和周围正常组织特别是重要器官的最大允许剂量等，和物理师一起在治疗计划系统（TPS）上进行计划设计。例如：一个10cm的胰腺癌，侵犯胰头和胰体以及周围淋巴结，胰腺和其邻近淋巴结的剂量要达到6000cGy，肾小于2000cGy，肝区小于3000cGy，胃区不超过5000cGy，根据要求在TPS上设计并优化出治疗方案。治疗计划的确认：可行性验证与射野验证可行性验证：指患者的摆位条件和机器的几何参数和计划一致时看是否可以在治疗机上执行，是否具有实际的可操作性。射野验证：包括位置验证和剂量验证位置验证：拍验证片与计划的DDR片比对剂量验证：点剂量验证与射野内剂量分布的面积量验证。(面剂量验证需要有专业的验证工具与软件）治疗计划的执行：包括三方面的内容：治疗机的物理、几何参数的设置，治疗摆位和治疗体位的固定。医生方向观（REV）是医生在检查室个治疗室由任意位置观察射野与患者治疗部位间的相对空间关系及射野间的相对关系。非共面射野，REV特别方便。射野方向观（BEV）是在放射源的位置，沿射野中心轴方向观看射野与患者治疗部位间相互关系。剂量体积直方图（DVH）：是某一剂量区间（范围）内出现的体积单元数即频率。是评估治疗计划的剂量分布的重要手段，是评估治疗方案优劣的最有力的工具。