放射物理学实验设计

放射治疗教研室

实验设计方案

实验课程放射物理学学院专医学影像学

名称业

医学影像系

鼻咽癌调强放射治疗方案的制作2021

名称级级

程

实验工程方案工

综合性实验郭飞

作

类型编写人合李贤富

员

人谢力

实验地点医学影像系放射治疗仿真实实验

验宝时间

一、实验摘要

调强放射治疗技术(Intensitymodulatedradiationtherapy,IMRT)是放射

治疗中最为先进的技术JMRT可有效改善肿瘤靶区剂量的适形度，同时降低周围

危及器官的受照剂量。IMRT方案制作又是其中最为关键的一环。

本实验课主要利用逆向调强放射治疗原理，针对鼻咽癌常规放疗临床

靶区进展调强放疗方案制作。实验器材主要使用医学影像系放射治疗仿真实验

室配备的放射治疗方案系统〔TreatmentPlanningsystem,TPS］进展方案制

作。制作过程中，学生需要灵与运用调强放射治疗射野原则，合理设置方案优

化参数，根据方案制作结果反应情况，实时调节优化参数，直至满意为止。制

作完成后进展方案评估，其中包括靶区百分深度剂量曲线适形度〔CI〕的评估、

剂量体积直方图(DVH)中显示的临床危及器官风险受照量的评估、子野数量与机

器所需跳数〔MU〕的评估。每位学生应独立完成方案制作，根据方案评估值情

况进展综合评分。

本实验目的在于让学生深度理解逆向调强放射治疗根本原理，了解临

床放射治疗方案制作的根本流程，在方案制作过程中积累经历，为临床培养放

疗物理师做准备。

二、实验目的

采用独立制作方案的方式，让学生理解逆向调强放射治疗根本原理，熟悉临床

放射治疗方案制作根本流程，明白在放疗方案制作过程中TPS的运作原理，初

步了解在TPS中参数设置的逻辑性与合理性原则。

三、实验仪器、设备与材料

红蜘蛛教学监视软件、视频教学白板、仿真实验室放射治疗方案系统

[TreatmentPlanningsystem,TPS]24台，独立存储效劳器1台〔容量

20T]o

四、实验设计方案

它启发于CT成像的逆原现，即当CT的X射线球管发出强度均匀的X

线束穿过人体后，由于其组织厚度与组织密度不同，其强度分布就变成了不均

匀的射线束，反向投影后形成了组织的影像。反之，如果放射治疗给与一个不

均匀的射线束照射，则出来的射线束就变成均匀而投射到靶区中。

调强放射治疗，即是把每一个辐射野分割成多个细小的野〔也叫做线

束〕。在制定方案时，按照靶区的三维形状与与相关危及器官之间的解剖关系，

对这些线束分配以不同的权重，使同一个射野内产生优化的、不均匀的强度分

布，以便使通过危及器官的束流通量减少，而靶区其他局部的束流通量增大。（图

1示）

＞不同权重的线束

图1调强放射治疗原理图

而逆向调强放射治疗正是基于次原理之上，由计算机反应优化完成。其主要步

骤为，先由医生确定处方剂量，包括靶区的照射剂量与靶区周围危及器官的耐

受剂量，然后由计算机给出实现该结果的方法与参数，从而实现治疗方案的自

动最正确优化。治疗方案的优化是逆向方案系统的重要组成局部，治疗方案的

可靠性与效率直接影响治疗的精度与疗效。

2、实验内容、流程

启动电匚＞从效劳器上导入批复图像，[-----

二___：■—•已勾画的鼻咽癌

根据靶区形状，设I＞设定优化参I〉―玄一

ZZZ]=＞利用红蜘蛛教学监视软件

士心/土田,田、》51必切,必

3、实验步骤

⑴登陆TPS系统：将学生带入影像系仿真实验室，每人分配一台电脑，启动电

脑，提供TPS登陆密码，登陆进入TPS系统中的图像处理界面。

⑵导如图像：在图像处理界面中选择独立存储效劳器上的事先已经勾画好的鼻

咽癌病例图像，点击Import键〔导入键〕导入到本地TPS系统中。

⑶批复图像，进入IMRT模块：在图像处理界面中点击右上角Approval键〔批

复键〕对图像进展勾画确认。确认完毕,点击切换标签IMRTmodule,进入IMRT

方案模块。

⑷设定照射野参数：学生可根据调强放疗原理，在BEAM选项内自由设定照射

野方向，外放MARGIN值〔边缘值〕设定为0.5cm,照射野大小选择AUTO

〔根据靶区形状自动设定〕，照射中心选择PTV体积中心。NumberofBeams

〔照射野数目〕一般设定为5~9个。其余值默认。

⑸设定子野参数：在SequencingParameters选项内将MinimumSegment

Area〔最小子野面积〕设定为2~lOcm）MinimumChangeBetween

ConsecutiveSegments〔子野抑制因子〕设定为2~5cm2,Minimum

SegmentWidth〔最小子野宽带值〕设定为,MinMU/Segment（MU）（子野最

小跳数）设定为3~lOMUo其余值默认。

⑹设定优化算法与处方剂量：在IMRTCalculationProperties选项内将优化

算法选择pencilbeams〔笔形束〕，计算网格选择，处方剂量输入6000cGY,

照射次数选择30次。其余值默认。

⑺设定优化参数，开场方案优化：进入方案优化界面，在Prescription选项卡

中设置参数。首先将勾画器官PTV设定为TAG（目标靶区），将spinalcord（脊

髓），brainstem〔脑干〕，eyeball〔眼球〕，len（晶体），parotid〔腮腺〕，

mandibular〔下颌骨〕，opticnerve〔视神经〕，temporallobe〔颗叶〕，SKIN（外

轮廓内未定义组织）设定为OAR〔危及器官〕。PTV选项中设定MAX值〔剂量

最大限制值〕为6600,MIN值〔剂量最小限制值〕为6000。OAR选项卡中

分别设置UnderDVH〔临床限制剂量体积〕上限值与MAX〔剂量最大限制〕

值，其设定值范围需要小于方案评估要求的最大限制值，且根据方案结果实时

调整。给定完毕后，点击右下角Apply〔应用〕按钮带入系统。点击calculation

〔开场计算〕按钮开场进展计算机自动优化。优化过程中根据实时变化的DVH

〔剂量体积直方图〕图形不断调整危及器官的临床限制剂量体积与剂量最大限

制值，要求在不影响靶区剂量分布的情况下尽量减小该值。实时关注靶区剂量

分布，观察最大值与处方剂量体积的变化，通过调整选项后面的weight值〔权

重值〕或改变危及器官优化函数条件，来到达期望的目标结果。参数设定范围

需要在危及器官限制剂量与靶区处方剂量之间做出权衡，最终带入TPS自动运

算直至完成。

⑻方案评估：方案完成后，通过DVH图与靶区剂量分布曲线对方案进展评估，

评估标准以满足临床剂量限制要求为准。假设其中有工程未到达临床限制剂量

要求，需要更改优化参数，重新制作方案。

⑼方案分析、评分：方案制作完成后，使用红蜘蛛教学监视软件，依次将其完

成的方案投影到视频教学白板进展分析、评分。评分标准包括①方案系统操作

评分:主要考察学生对放射治疗方案系统的熟悉程度，看其能否在带教教师的指

导下合理设置方案参数，并开场优化运算。②物理应用与临床指标评分:物理应

用主要考察学生制作的调强方案的能否为现有直线加速器所执行，包括子野形

态考察、子野数量与机器所需跳数〔MU〕考察〔图2〕。临床指标主要考察学

生制作的调强方案能否满足放疗医师评估要求，为临床所用，依据靶区适形度

指数〔CI〕、剂量体积直方图(DVH)进展评估。其中，靶区适形度指数[CI]的

计算公式参照文献：

CI=[VTref/VT]X[VTref/Vref]

式中VTref为参考等剂量线所覆盖的靶体积，VT为靶体积，Vref

为参考等剂量面所包含的总体积。CI值在0~1之间，越大越好。DVH图评估

包括靶区的D95>D93、D】io是否满足处方剂量要求，危及器官的Dmax、Di、

V20、V30、V50是否小于临床风险受照量〔图3〕。③方案分析与讨论评分:主要

考察学生对调强放疗原理的理解能力与方案制作过程中的逻辑分辩能力〔能阐

述出某一条件的实现，需要依赖于其他哪些条件〕。

子野最小面积>2cm2

子野最长直径<40cm

子野最小跳数>5MU

子野数量V150个

机器所需跳数<1500MU

图2物理应用指标

D95>V93VI%

PTV〔靶区〕V110<20%

6000cGY

spinal8rd（脊髓）DmaxVDiV

4500cGY5000cGY

brainstem〔脑干〕DmaxVDiV

5400cGY6000cGY

eyeball〔眼球〕DmaxVV20V50%

2200cGY

len(晶体)D3VDiV

600cGY900cGY

parotid匚腮腺〕Dmax<V32<50%V26V60%

6000cGY

mandibular〔下DmaxVDIV

颌骨〕5400cGY6000cGY

opticnerve〔视神DmaxVDiV

经〕5400cGY6000cGY

temporallobe〔颗DmaxVV20V50%V30V30%

叶〕5400cGY

图3临床应用评估指标

4、工程完成后到达的对学生的成果要求

⑴学生需要独立完成鼻咽癌调强放射治疗方案设计。

⑵最终方案能够满足物理应用与临床指标，即所有物理参数均能到达限制值标

准且可为临床执行。

⑶能够阐述方案设计过程中方案参数变更设置的逻辑原理。

5、评分标准

⑴操