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1、Radiation Therapy Planning System (TPS)放射治疗计划系统及其应用,北京航空航天大学图像中心 周付根,主要的内容,放射治疗计划系统及相关问题 通用粒子植入治疗计划系统 头部立体定向粒子植入治疗计划系统,肿瘤治疗的方法,外科手术治疗 化学药物治疗 放射线照射治疗 组合方式治疗,放射治疗技术,1、体外（远距离）照射 立体定向照射 X射线常规、旋转和适形照射 射线（伽玛刀）照射,放射治疗技术,2、体内（近距离）照射 （1）、放射性粒子后装照射 （2）、放射性粒子植入照射 腔内照射 - 管内照射 术中照射 - 表面施源照射 组织间插植照射 （3）经皮穿刺、图象引导,
2、放射治疗技术中的关键问题,靶区定位的准确性和体积精度 照射剂量场的准确制定 照射路径（手术路径）的选择 重要结构和组织的有效保护 治疗方案优化（治疗简化）,放射治疗方案的评价,好的治疗方案应合理地分布照射野或放射性粒子，确保对肿瘤组织的高剂量照射，肿瘤内部剂量场相对均匀，同时最有效保护周围的敏感组织和器官。,3D放射治疗计划系统(TPS),医学影像学和计算机技术发展的产物。 放射治疗技术发展的急需。 TPS使得放射治疗计划的设计和评估更为形象，放疗医生和物理师可以在计算机上使用计划系统对整个治疗过程进行模拟，得到最佳的治疗方案，实现了治疗计划的定量设计。,3D放射治疗计划系统,允许医生在患者的
3、三维体空间中直接进行计划设计、优化，使治疗计划的设计过程转变为虚拟治疗过程，结合三维空间定位技术，真正实现了治疗计划的制定与治疗过程的一致，从技术上规范了治疗过程，并保证了治疗精度和质量的提高。 3D治疗计划系统是计划系统的革命，3D系统使放射治疗更为科学。,治疗计划系统的作用,为临床医生提供交互式的断层图像的三维构建工具； 可以精确的确定体表、靶区及重要组织、器官的几何描述； 精确测量靶区，提供相应的定量数据 辅助医生和物理师制定治疗方案；,治疗计划系统的作用,计算剂量在体内组织间的空间分布并直观显示； 评估和优化治疗计划方案。 打印输出治疗报告。 实施治疗计划的验证，确定补救措施。,放射治
4、疗操作流程,安装定向框架,MRI/CT扫描,传送图像数据,图像工作站,治疗计划系统,靶区定位，规划照射或手术路径。轴冠状位和立体显示剂量分布，实时优化手术方案，打印治疗计划报告,实施治疗,常用概念及术语,图象序列（组）(Study, Series） 电子数据、电子密度 靶区或治疗区（TV） 肿瘤和周围的淋巴结（GTV） 计划靶区（PTV） 临床靶区（CTV） 一般GTVCTVPTV,常用概念及术语,等剂量线 等剂量面 剂量剖面直方图 体积剂量直方图 (DVH) 处方剂量、参考剂量、匹配周缘剂量,常用概念及术语,剂量单位为Gy或cGy, 1Gy = 100cGy 计划系统可以计算出靶区总的剂 量
5、值，以cGy单位给出,常用概念及术语,由DVH导出的参数，如V100：承受100%处方剂量的体积大小，D100：包容100%靶区体积的剂量值，D90：包容90%靶区体积的剂量值，适形度：承受处方剂量的靶区体积占总体积的百分比等。,(Brachy-Therapy Planning System)粒子植入内放射治疗 计划系统,B_TPS,B_TPS系统是一套三维可视化工具，可以作为术前的计算机仿真平台和术后验证工具，粒子植入内放射治疗的重要组成部分。,B_TPS具有友好的用户界面和极佳的图像显示效果。主要功能包括：影像设备的图像数据输入和整理、图像数据处理与测量、三维重建显示、粒子植入计划设计（包
6、括手术路径、粒子分布等）、剂量评估和优化、治疗计划输出和病例数据库管理等功能模块。,系统功能概述,1、图像数据输入 支持DICOM 3.0标准、视频采集和扫描输入； 支持电子数据图像和扫描图像并存，CT、B超和MRI等图象并存； 引入图像序列的概念，可同时或分阶段输入不同检查设备的不同序列图像。,系统功能概述（1）,2、图像数据处理和三维显示 支持图像缩放、平移、翻转、漫游、窗宽和窗位调节，支持图像的多窗口显示及多模式显示； 支持有框架和无框架定位方式，自动探测图像定位标记点和定位误差的评估及报警提示； 自动探测体表轮廓线，靶区和重要器官等目标轮廓的自动或交互提取；,图像的灰度、直线距离、角度
7、和面积的测量和显示； 不同断层图像序列间的交互重建和剖切显示； 体表、靶区和重要器官等多目标的三维重建以及原始图像数据的融合显示，支持透明和半透明显示； 图象序列的插值与重建。,系统功能概述（2）,3、粒子植入计划设计 交互式设计粒子植入计划，采用多窗口的断层图像显示方式，可以在同一图像序列的不同层面间自由移动或在不同图像序列上设计、修改计划参数； 根据靶区的位置自动安置计算框、模板的位置，使得设计更加快捷、准确；,交互设计体表参考点； 交互设计粒子植入针和粒子的空间分布； 根据靶区体积自动计算粒子数量； 自动布设粒子在靶区中的位置； 支持同一计划多个模板设计、病人的多计划设计和计划数据的相互
8、拷贝。,系统功能概述（3）,4、剂量评估 可以在不同的图像序列的断层图像上直观地显示等剂量分布，多个等剂量线、等剂量面的同时显示； 显示等剂量面与靶区及断层图像在三维空间中各个角度的吻合情况和相互关系； 支持多种剂量评估方法，如P.O.I、Profile、DVH等；,系统功能概述（4）,5、验证植入计划方面 以CT图像为基础自动精确识别粒子的空间位置，在各个层面确定植入范围、涉及区域内的绝对剂量; 识别重复计数的粒子; 精确计算所植入粒子的整体剂量和分布; 精确显示所有平面的剂量分布和等剂量曲面。,系统功能概述（5）,6、计划报告输出 打印输出所有的治疗计划数据、评估图形和图像。 验证报告输出
9、，包括：剂量分布、粒子位置和粒子描述。,系统功能概述（6）,7、数据资料管理 具备完善的病例数据库管理、计划数据和图像序列管理功能，可以实现病例、计划和图像序列的新建、编辑、修改、删除等各项功能。,B_TPS,部分操作和显示界面,病案资料管理及配置患者图像界面,轮廓线定义和三维重建界面,治疗计划设计和剂量显示,三维剂量场及DVH显示,模板及导引针安装示意图,计划验证及无模板引导计划,自动布源界面,自动布源结果（1）,自动布源结果（2）,自动布源结果（3）,自动布源结果（4）,自动布源结果（5）,SurgicalPlan立体定向神经外科放射治疗计划系统,神经外科治疗方式,开颅手术治疗、微创伤手术
10、治疗和无创伤治疗 * 微创伤手术治疗以立体定向引导为主，包括常规立体定向手术； * 无创伤治疗是立体定向引导的，包括伽玛刀放射治疗和X-刀放射治疗、粒子植入放射治疗。,立体定向技术,立体定向技术在神经外科手术中已显 示出越来越多的优势。立体定向手术 方法简便，省时省力，安全可靠，仅 需在局麻下进行，手术创伤小，病人 痛苦少，可避免因开颅大手术给患者 带来的痛苦和并发症，而且，术后病 人康复快。,立体定向手术,立体定向手术适用于下列神经外科手术治疗： * 高血压脑出血及脑内血肿、脓肿的排空 * 脑内活体组织检查 * 小型脑瘤定位及脑深部某些核团的毁损 * 瘤内同位素放疗及化疗 * 脑内异物取出等
11、,立体定向系统,立体定向系统可以分成四大部分： （1）定位基环 （2）手术弓型架 （3）定位显影图框 （4）配套的手术器械,立体定向组件,立体定位框架 手术弓型架,立体定位 CT显影图框,立体定向组件（1）,配套手术器械：各种针、适配夹,立体定向手术图,安装在病人头上的情况,立体定向的原理,立体定向仪导向的原理是球心法，弓形架可绕框架作前后转动，装在弓形架上的拖板带这着手术器械又可沿弓形架的弧形板作左右滑动，在转动与滑动过程中，始终保持手术器械的下端命中靶点。,定位标记点,将框架固定在患者颅骨上，病人头颅在由框架形成的三维直角坐标系中的位置也就确定下来，经CT/MRI扫描得到如右图像，形成六个
12、标记点。根据标记点的位置即可计算出图像中的任意点相对于框架基环的空间坐标。,三维立体定向手术的优势,传统立体定向手术普遍不能显示手术通道, 由于脑立体定向手术是在非直视下操作，术中易损伤深部脑血管和重要结构，引起一定的并发症。在传统立体定向仪的基础上结合三维手术计划软件（TPS），应用MRI及CT扫描，三维规划手术路径，可以实现治疗方案的实时优化。,完整手术治疗操作流程,安装定向框架,局麻,MRI / CT扫描,传送图像数据,图像工作站,三维手术治疗计划系统,靶点定位，规划手术路径。轴冠状位立体显示手术通道，实时优化手术方案,颅骨钻孔 相应手术,安装手术弓型架,部分操作界面,部分操作界面（1）,部分操作界面（2）,部分操作界面（3）,部分操作界面（4）,部分操作界面（5）,部分操作界面（6）,部分操作界面（7）,部分操作界面（8）,