放射物理书新版第11章.doc

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1、第十一章 光子束外照射放射治疗的计算机治疗计划系统M.D.C. EVANS 翻译翻译：黄晓延 祁振 宇 Department of Medical Physics， McGill University Health Centre， Montreal, Quebec, Canada11.1 引言计算机治疗计划系统(TPS)用于体外放射治疗可设计射束形状并计算剂量分布，以达到最大的肿瘤控制和最小的正常组织并发症。病人解剖结构和肿瘤靶区可用 3-D 模型描绘出来。治疗计划系统的整个过程包括许多步骤，医学物理师负责整个 TPS 的完整性，以保证为外照射提供精确、可靠的剂量分布和相关计算。治疗计划本身通

2、常由剂量师设计，在实际执行前必须经放射肿瘤医师批准。1970 年之前，通常手工设计治疗计划，直接描绘或铅线脱模病人身体轮廓图，再将标准等剂量图叠加到轮廓图上。计划非常依赖于剂量师对射野权重和楔形板的选择。上世纪 70 年代以来，随着 CT 的发展和计算能力的提高，发展了基于 CT 的计算机治疗计划系统，它能够直接将剂量分布叠加到病人横断解剖图并观看。整个治疗计划过程包括许多步骤，由射线数据获取、输入到治疗计划系统，再经过病人数据的获取，治疗计划产生，最终将数据传输到治疗机上。在图形、计算和优化方面，治疗计划系统作了连续的软硬件的改进。系统针对“虚拟病人” ，能够以射线方向观视(BEVs)显示照

3、射野并可产生具有任意剂量分布的数字化重建 X 光片图（DRR） 。剂量计算也已经由简单 2D 模型，经过三维模型发展到三维蒙特卡罗技术，随着计算能力的不断提升，计算速度更快。基于有经验的专业人员所做的试验和误差逼近的传统正向治疗计划已经被逆向计划取代，逆向计划利用剂量优化技术来满足对靶和危及器官的剂量要求。通过使用基于 CT、核磁共振影像或其他数字成像技术的剂量体积直方图DVH，使得剂量优化成为可能。这些优化的计划利用强度调制的放射治疗（IMRT）给予靶体积需要的剂量，同时约束危及器官的剂量。计算机治疗计划系统是一种迅速发展的治疗模式，但却对软件和硬件有严重依赖性。所以必须由相关专家建立可实施

4、的质量保证程序，该程序应反映 TPS在临床的使用情况，同时应包括充分的内容以保证治疗的正确实施过程。11.2 系统硬件11.2.1 治疗计划系统的硬件TPS 基本硬件包括 CPU、图形显示、内存、数字化设备、输入输出装置、存储和网络通讯装置。由于硬件性能更新很快，通常应使用最先进的设备同时考虑到以后的升级。CPU 至少在内存和处理速度上要达到操作系统和治疗计划软件的要求，特别应考虑系统速度、随机访问数据存储器、可用内存和网络能力等的规格。图形显示器一般要满足病人横断解剖图按照 1：1 比例显示，典型的尺寸是17-21 英寸(43-53cm)或以上，分辨率至少要亚毫米级别以避免失真。可用视频卡和

5、其他硬件装置来加强图形的显示速度。存储和存档功能可通过可移动式媒体或网络来实现，可移动式媒体包括软盘、可写硬盘、光盘或数位视频磁碟 DVD，也可能包括数字音频磁带(DAT)，然而，有报道指出这些装置的长期稳定性不好。也可以通过网络在远程计算机或服务器上存储，这些存储操作可以在闲时自动执行；存档操作包括射野数据和参数、CT 图与剂量分布等与病人相关数据、传输到配备记录验证系统的直线加速器的用于病人摆位的数据。数字化仪用于手工输入病人的横断面轮廓和 BEV 方向的不规则射野形状。典型的情况是背后有照明的写字板，用磁性或声学式触针来跟踪形状。无论卧式还是立式的扫描仪都可用于将纸或 X 光片等硬拷贝转

6、成数字图像。视频画面截取工具也可用于图像的数字化。输出装置包括输出文本或图形的彩色激光打印机或绘图机，它们可以网络共享。硬拷贝输出可以是纸质的或通过激光照相技术产生的胶片。建议为 CPU、数据服务器和其他重要设备如用作存储和存档的设备配置不间断电源 UPS。在一般电力供应出现故障时 UPS 能提供后备电源并保证计算机能正常关机，它还能作为稳压器使用。通信硬件包括本地工作站的调制解调器、以太网卡和连接不同外围设备和工作站的多路集线器。大的网络需要至少 100MB/S 的快速交换机来传送图像文件，无论网络大小，根据速度要求，物理连接可以选用同轴电缆、光缆或双绞线。TPS 的硬件运行环境要符合温度和

7、湿度的要求。所以在科室中与 TPS 相关的仪器的摆放位置很重要。11.2.2 治疗计划系统的配置简单的 TPS 配置可以是一个单机系统，一个 CPU 即可满足处理各项功能和通信的要求。在这种配置下，用户数可能会少一些，一般不共享用于存储和打印的外围设备的权限。对网络的要求也有限制，然而即便是这种单机配置的治疗计划系统现在也例行要求用网络交换机来与数字影像装置如 CT 机进行通讯。大的系统通常运转在整个医院网络上，也可能基于英特网的通信系统。很多大型治疗计划系统操作和接入的装置将不会直接联接，而必须通过许多使用通信协议（如传输控制协议/网际协议 TCP/IP ）的网络转接来进入。这些大系统也可能

8、有一个用于病人数据、数字影像、射野数据、剂量计算等文件处理任务的远程服务器。有很多用户和远程工作站的大型区域 TPS 配置可能要求有网络管理员处理安全维护、用户权限、网络、备份、存档等任务。11.3 系统软件和计算算法剂量计算算法是计算机治疗计划系统软件最关键部分。该模块要能正确地表述病人体内的剂量分布，还可以计算射野照射时间或剂量监测器跳数（MU） 。剂量计算由简单二维模型、到部分三维的点核（point kernel）方法，再发展到可将感兴趣体积内所有原射线和散射的影响都考虑的全三维模型。11.3.1. 计算算法治疗计划系统有很多剂量计算算法，由于计算能力的快速发展，这些技术的实现也处于持续

9、不断的进步中。有关治疗计划系统剂量算法的详细内容可以在文献中找到，本章的参考书目中收录了小部分。在理解深奥的治疗计划系统运算算法前，有必要适当了解手工剂量计算方法，有很多文件充分讨论了这些方法，包括 Johns、Cunningham、Khan、Hendee和 Ibbot 等。ICRU42 号报告里列出了按年代顺序发展的光子和电子剂量计算算法，它提供了计算光子线中心轴百分深度量和剂量分布曲线图的典型例子，也提供了电子束计算的典型例子，包括计算中心轴深度剂量的经验和半经验方法，以及计算剂量分布曲线图的经验方法。早期的 TPS 通过一系列方形射野在水中的 2D 射野数据来计算剂量分布，这些数据包括中

10、心轴百分深度剂量和几个深度的 OAR。为了加快计算，中心轴数据被转换和存储为延伸到无限远处的 PPD 数据，同时剂量分布曲线图按由源点发出的扇形线与表面深度的交点来存储。这种方式下，通过查找表格，将数据快速叠加到病人的外部轮廓上产生剂量分布。这种类型的计算算法可用于光子束和电子束治疗计划，能快速进行剂量计算。然而，通常它不能真正再现病人 3-D 散射情况。在 CT 广泛使用于治疗计划以前，可根据传统模拟机得到的治疗射野的BEV 胶片计算不规则射野的放射剂量。 。采用中心轴和离轴的剂量数据集，使用 0 野的 TAR 和计算深度的散射空气比（scatter-air rate，SAR） ，将射野的原

11、射线与散射线组份分开，通过 Clarkson 积分法计算不规则射野内感兴趣点的剂量。现在射野计算算法是将放射线分解成原射线和次级射线（散射线） ，再分别进行处理。在这种方法中，由于射野形状、强度、病人几何位置和组织不均匀性等变化而导致的散射线的改变在剂量分布计算中都被考虑到了。有一种这类模型，使用卷积的方式，将模体中任意点的剂量表述为原射线和散射线的相加。这类模型使用迭代 superposition 的原理，充分考虑由于病人或射野几何引起的原射线通量的改变和局部散射对能谱离散分布的改变。对非发散源和均匀体模这类特殊的条件，卷积积分可用于简化并加速这些计算。蒙特卡罗或随机取样技术跟踪大量粒子的运

12、动过程，包括粒子从放射源射出后在病人体内和体外进行的多阶散射相互反应，以此计算剂量分布。蒙特卡罗技术能通过考虑个体直线加速器的几何结构、射野成形装置（如挡板、多叶准直器） 、病人不规则表面和密度不均匀等因素来准确模拟粒子相互作用，他们允许考虑大量的病人复杂治疗条件。为了得到可接受的统计结果，蒙特卡罗技术要求模拟大量粒子的历史，随着计算能力的提高，可将计算时间缩短到可接受水平，几分钟就可以计算一个治疗计划，该方法正逐步应用于日常治疗计划中。笔形束算法通常用于电子束剂量计算。这种技术中，将某一点能谱离散分布或剂量内核在体模内沿直线相加获得笔状射野或剂量分布。通过整合患者表面的笔形束并顾及笔形束初级

13、强度的改变，以及修正笔形束形状随深度和组织密度的变化，可以获取辐射剂量的分布。如 Cunningham 指出，治疗计划算法不断发展，从解析法、矩阵法、半经验公式发展到 3-D 积分方法。由 Sterling 发展的分析模型法，通过两个表达式的乘积计算剂量，一个表达式模拟 PDD，另一个模拟射野的离轴成份。这个模型已扩展到可考虑射野的屏蔽和楔形板的硬化效应。1970 年代开发的治疗计划系统开始使用基于测量数据的离散矩阵法（diverging matrix method） 。MilanBentley 模型用于计算从放射源出来的扇状线与病人体内一定深度的交叉位置的剂量。剂量分布通过快速叠加测量的数据

14、获得，这些数据包括中心轴PDD 和 OAR 数据，并以射野大小的函数保存。尽管有需要大量测量数据和不能正确模拟散射和电子输运情况等不足，该技术还在治疗计划运算中继续使用(Storchi and Woudstra)。半经验的剂量计算方法将原、散射线分别计算，最初是在 Clarkson 散射积分技术上建立起来的，现已作了改良，将测量数据整合入基本物理体系中，并针对半影、挡块穿透、均整块等引入了修正因子。通过应用微分 SAR 技术，这些模型得到进一步改良，可考虑由于楔形板或者不规则表面轮廓引起散射强度的变化。3-D 积分模型描述了离开初始位置相互作用后的光子和电子的传输过程，所以可精确描述吸收能量的

15、沉积，同时考虑了被照射的整个体积的几何和组成。众多作者描述了在卷积迭代方法中将蒙特卡罗技术用于计算剂量扩展阵列或核中，其中 Mackie。Khan 与 Potish 的文献回顾了这些算法，而 Van Dyk 提供了治疗计划算法的详细总结。11.3.2. 射野修饰器用于光子束和电子束的治疗计划软件必须有能力处理医用直线加速器上附带的射野修饰装置，这些装置有些是所有直线加速器所共有的，有些则是某些厂家所特有的。以下列出需整合到 TPS 中的部分装置和需要特别考虑的事项，分为两类：光子束修饰器（遮线门、挡块、补偿器、MLC、楔形板）和电子束修饰器（限光筒、挡块、组织添充物等） 。11.3.2.1.

16、光子束修饰器遮线门：射野的大小通过电动准直器（遮线门）来确定。遮线门可独立运动，也可成对运动，通常分为上下两对，能够跨过线束中心轴向对侧运动一定距离。 The travel motion (transverse or arced) will determine the junction produced by two abutting fields。遮线门的横向运动或圆弧运动可实现两相邻射野间的衔接。TPS 需考虑遮线门产生的半影，也应考虑由于准直器的设计造成的轴向与径向对称开野的不同。挡块：可通过考虑挡块的有效衰减来降低遮挡区域下的总剂量，由此可解决 TPS 中射野的遮挡问题。只遮挡部分剂量

17、的体积或象素的剂量，可按剂量全部被遮挡的一定比例来计算遮挡部分的剂量。为了更精确地模拟挡块边界的半影，应将垂直的与锥形的挡块边界分别考虑。TPS 能够产生输出到商用挡块切割机的挡块射野文件。MLC：MLC 可形成不规则射野，可替代几乎所有传统的射野挡块，而岛状挡块和过分弯曲的挡块除外。当前大多数现代的直线加速器都配备 MLC。MLC有各种不同的设计，典型的 MLC 叶片在等中心处的宽度为 0.51.0 cm，叶片宽度更小的 MLC 被称为微型 MLC。MLC 能够全部或部分覆盖整个开野，TPS 应整合叶片的设计，模拟其穿透和半影。为了增强剂量传输，在射线开启的情况下，MLC 可调用的动态运动也

18、有多种级别。楔形板：固定楔形板依然是首要的修饰剂量分布的设备。TPS 能模拟平行或垂直于物理楔形板主轴的剂量效应，同时能考虑沿射野主轴扇形线的射野软化或（和）硬化而引起的 PDD 改变。楔形板的临床应用会受到楔形野尺寸小于准直器能开的最大射野的限制。现在，可通过将通用或滑行楔形板(sliding wedge)整合进直线加速器的机头中，形成楔形剂量分布，更进一步的是在射线开启的同时移动一个遮线门来形成动态楔形野。TPS 可设计个体化的组织补偿器，以解决缺失组织的问题，或修饰剂量分布使其与不规则靶区形状适形，并能生成商用补偿器切割机能读的文件。11.3.2.2. 电子射野修饰器电子线使用的外部准直

19、器装置称为限光筒（cones or applicators） ，能减少电子束在空气中的扩散。限光筒的设计取决于厂家，会影响射线的剂量学特性。可以附加薄的铅块或低熔点合金块将限光筒的标准照射野改变为不规则野。这些附加的屏蔽会显著影响电子射野的剂量学特性（特别是 PDD 和输出因子） ，TPS 应能模拟这些影响。加速器的机头设计对电子束的剂量学特性有重要影响，特别是对蒙特卡罗类型的计算。在这种情况下应特别注意散射箔。虚源或有效源皮距会比名义 SSD短，应考虑进 TPS 中。无论光子线还是电子线，都可使用组织添充物提高表面剂量。应将组织添充物整合进 TPS 软件中，允许在不改变原始病人 CT 数据的

20、情况下，手动或自动加入组织添充物。重要的是，TPS 应能区分组织添充物和病人，以便方便地编辑或移除组织添充物。11.3.3. 组织不均匀的修正组织异质性或不均匀性修正一般用于解决在大的均匀水体模测量的标准射野与实际病人之间差异的问题。斜入射以及射线未进入病人表面的区域会影响剂量分布。在病人体内，被照射组织的相对电子密度由病人的 CT 数据集确定。大多数的 TPS 会使用修正因子法或基于模型的方法。一般修正因子法，如幂指数法（power law） 或等效 TAR 法（equivalent TAR）等计算速度快，但是建立在对水中原始计算剂量的修正上。基于模型的方法，如微分 SAR 法和蒙特卡罗法，

21、可直接考虑被照射模体中的输运与散射，但需要较长的计算时间。大多数的算法在组织介面的剂量计算方面有困难。11.3.4. 图像显示和剂量体积直方图现代的 TPS 会用到 BEV 和 REV。BEV 经常与 DRR 一起协助评估肿瘤的范围及用挡板或 MLC 对射野修整。REVs 给使用者提供臂架与治疗床之间关系的直观显示，有助于避免将虚拟计划移植到实际病人时可能的潜在碰撞。DRR 是根据射线以扇形线穿过病人CT 数据利用数学方法投射重建的图像。数字剪接射线影像 DCR 是由 CT 值的微分权重范围产生，以选择性地区分投影图像的组织密度。在 TPS 中，通过替换 CT 数据的能量转换衰减系数，可产生射

22、野影像（Portal image） 。这些叠加了治疗射野的虚拟射野影像可与在治疗机治疗位置拍摄的射野影像比较。影像登记程序可帮助将模拟片、MR、PET、SPET、超声和其他输入 TPS 的影像与治疗获取的射野影像进行匹配。TPS 可计算靶区和危及体积的 DVH，以评估治疗计划的适合性，并比较挑选较好的治疗计划。DVH 可分为微分 DVH 和积分 DVH，前者的纵轴表示接受横轴表示剂量的体积，后者的纵轴表示接受等于或大于横轴指示剂量的体积或百分体积。虽然 DVH 不能表示剂量的位置信息，但将其叠加可帮助评估不同计划的优劣。自然 DVH 更多用于近距离治疗，其固有的平方反比效果可简化 DVH 的显

23、示。处理重叠结构时，TPS 可使用逻辑帮助定义体积，举例，当某一体积定义在靶区附近时，TPS 可建立一个边界减去靶区的体积，再计算这个围绕靶区的虚拟体积的 DVH。11.3.5. 优化和监测剂量监测器跳数计算TPSs 提供不同复杂程度的优化程序包括逆向计划。算法可优化射野权重和几何形状，或者计算出强度调制的射野以满足用户的要求。这些要求可能基于一系列离散的感兴趣点，或被表述为靶和危及结构的最大/最小剂量。在优化程序中可使用 DVH 指定不同体积的剂量标准。在优化时可使用分类方案，针对某一临床部位（如前列腺）预先定义射野几何条件以缩短计算时间。射野照射时间和剂量监测器跳数计算对 TPS 来说是可

24、选项。计算过程直接跟归一方法有关。要求有相对射野大小的输出因子、楔形因子、托盘因子和其他机器相关的因子。也必须有参考点的绝对输出量（如：SSD100cm，参考射野的最大剂量深度）以及钴治疗机的衰减数据。11.3.6. 记录与验证系统网络 TPS 要求与加速器的记录-验证系统连接，可直接连接，也可通过与使用快速开关的远程服务器连接。记录-验证系统可以是 TPS 厂家提供的，也可以是加速器厂家或第三方软件提供的。它们要求有加速器不同附件与 TPS 之间的映象图，以便遮线门、楔形板等设备能正确地设置。在 TPS 与加速器之间的通讯可避免出现使用纸质打印输出人工传输计划的错误，并方便复杂治疗（不对称准

25、直器和个体化 MLC 射野）的执行。11.3.7. 生物模型与基于仅仅剂量模型的分布相比，未来基于生物效应模型的分布将更有临床意义。这种分布有助于预测肿瘤控制率和正常组织并发症率。这些算法能估算指定器官的剂量反应，并帮助评估剂量分割和体积效应。将病人的特定数据整合进生物模拟中可帮助预测对预选治疗计划的个体化剂量反应。11.4. 数据获取与输入11.4.1. 机器数据输入放射数据前，必须获得治疗机的各种机械构成，以便 TPS 模拟可能的机械运动和限制。必须精确描述特定机构使用的加速器臂架、治疗床、准直器的旋转情况，以及清晰的角度的定义。TPS 还必须能够区分准直器对以及精确模拟遮线门超程的限制。

26、无论是静态还是动态楔形板，TPS 都应根据楔形野横向和纵向的最大射野限制射野的大小。动态楔形板也要限制遮线门的超程以及加速器最大剂量率的使用。TPS 也可直接使用加速器产生遮线门运动的特殊文件，如分段治疗表 (STT)。TPS 要模拟 MLC 叶片的设计和运动。挡块托盘可设置在不同的距离，TPS应考虑其对半影的影响。可以分别模拟笔直边界或锥形边界的挡块。直线加速器可通过分步照射法（step and shoot ）或全动态技术产生 IMRT 射野。对这些类型的治疗，TPS 需要获取叶片的最大速率、射线开启时间的最大加速特性以及关于最大剂量率的资料。TPS 还能计算缺损组织补偿器和剂量补偿器，要求

27、必须有与制作物理补偿器的材料的衰减因子相关的物理数据。电子限光筒的设计随加速器的不同而不同。TPS 可能要求有从筒末端到名义SSD 的距离、电子限光筒外形尺寸等信息，以此产生 REV 来避免病人与机器的碰撞。11.4.2.射野数据获取与输入 必须很好地理解 TPS 对射野数据的需求，特别是对从治疗机获取数据。应特别考虑辐射测量探头（典型的是电离室或半导体）的几何形态和几何修正因子，必须将其应用到数据中。在测量后和将数据输入治疗计划计算机前，常常要对测量的射野数据进行平滑和归一。典型光子射野数据集包括针对开野和楔形野的一系列方野的中心轴 PDD 和剂量分布曲线图。也要求有对角线的射野剂量分布曲线

28、图和楔形野的剖面剂量分布曲线图，前者考虑开野径向和横向的不对称性，后者考虑楔形板离轴的不同硬化。测量对角线剂量分布曲线图时，可能仅做一半射野扫描，这与测量水箱大小有关。计算的半影应符合测量的数据，或从测量数据中萃取。无论哪种情况，都应扫描足够的长度，特别是对较大深度的剂量分布曲线图，需要考虑到射野的发散。TPS 要求相对或绝对的射野因子，包括动态射野（如动态楔形板、动态 MLC等） ，在治疗时间的计算和剂量分布的计算中都会用到这些数值。要特别注意参考射野、参考深度和标称 SSD，因为这些在时间和 MU 的计算中有全局的影响。TPS 也要求中心轴的楔形因子、托盘因子和其他附件因子（加与不加附件的

29、剂量之比） 。与 MLC 相关的测量数据包括叶片中的穿透、相邻叶片间的穿透以及当相对叶片合拢时端面间的穿透。电子线的测量比光子线更困难，因为电子线的的能量随深度逐渐减少。使用电离室测量的电子线数据首先必须采用合适的方法转换为剂量，典型的情况是查找组织本领比的表。使用硅半导体测量通常考虑为组织等效，测量的读数直接正比于剂量。基于蒙特卡洛的 TPS 精确要求关于直线加速器射束路径上结构的组成和几何，如波导窗、靶、均整块、散射箔、透射电离室、遮线门、MLC、档块与托盘，以及其他任何电子或光子射束可能遇到的物品。从加速器获取的射束数据可通过数字化仪和描绘仪手工输入 TPS。会使用到射野数据的硬拷贝，所

30、以对射野数据的打印输出设备和数字化仪做例行校准检查很重要。射野数据也可通过键盘输入，这要求有文本参数，比如穿透因子和射野因子，或更详细的数据集，如 PDD 和剂量分布曲线图。其他的参数也要求 TPS 反复试验，使射野模型与测量数据一致。键盘输入倾向于出现操作错误，要求进行独立检查。射野数据通常可由获取射线数据的计算机传输的文件来输入。计算机获取数据的数字本质使得他们容易用于 TPS，然而，应仔细检查文件格式，文件头包括了格式化数据，包括测量的方向、SSD、能量、射野大小、楔形板类型与方向、电离室类型和其他相关参数。应特别关注这些标示，以保证他们能正确输入 TPS。也可通过移动媒体或网络传输数据

31、。11.4.3. 病人数据病人的解剖信息可通过数字化仪将手工获取的一个或多个轮廓输入，或者来源于由 CT 扫描得到的一系列横断面。这两种情况下，等剂量分布在病人的横断面上计算与显示，这种模式的放射治疗计划被称为传统的 2D 治疗计划。三维治疗计划在组织体积上表述剂量，而不是在单独的层面上。三维信息数据要求的肿瘤体积和正常组织的定位可由不同的影像模式获得。病人的容积解剖信息可能源于多层 CT 或 MR 扫描。它也可能是影像登记或融合技术的结果，这种技术将一种数据集（MRI、 PET、 SPECT、 超声、数字相减型血管照片DSA）输送或登记到另一套数据集，典型的是 CT。病人的影像数据可通过 D

32、ICOM3(Digital Imaging and Communications in Medicine)或 DICOM RT 格式输入 TPS。1993 年，这两种格式都被美国放射学会(ACR)和国际电气制造业协会(NEMA)采用。为了保证精确的剂量计算，CT 值必须转换为电子密度和散射本领。取一圆形水等效模体，插入模拟正常人体组织如骨头和肺的已知组织密度的插入物，进行 CT 扫描，得到用户自定义的查阅表，用此表可将 CT 值转换为电子密度和散射本领。病人数据能进行图像分割，在图像集中定义器官或肿瘤的范围。为了方便起见，在 TPS 中手工勾画轮廓可使用复制和编辑功能。自动轮廓勾画程序可帮助勾

33、画器官或体积密度的区域。TPS 中可使用标准体积，如 ICRU 50 号和 62 号报告中的定义，包括肿瘤区（GTV） 、临床靶区（CTV）和计划靶区（PTV） ，能由自动边界方法产生。勾画的轮廓可用于确定射束的几何条件，以照射靶体积，保护正常组织，并使用DVH 评估计划。病人的解剖可使用 TPS 的 BEV 功能显示。这是一个有用的工具，可从放射源的位置观察病人的解剖透视图，看得见射野的路径、包括在射野中的结构以及档块或 MLC 射野的形状。11.5. 临床测试与质量保证11.5.1. 错误治疗计划过程的诸多步骤中的任何一步都可能导致 TPS 的不确定度和错误。预期的和可接受的错误在剂量分布

34、的高剂量区如照射体积内可用百分率误差来表述，而在高剂量梯度区如建成区或半影区则用距离表述。可接受的不确定性也可使用实际达到这些水平的概率来表述。11.5.2. 验证数据验证要求在测量或输入的数据与 TPS 产生的数据间进行严格的比较。标准测试数据如 AAPM TG 23 数据集能用于评估 TPS 的性能。TPS 数据也可与已出版的数据比较，虽然这仅仅只作为一个近似。AAPM TG 53 提供了临床物理师可执行的质量保证测试的详细说明。基本 TPS 数据和测量射野数据的硬拷贝保存在日志中备查。对不同复杂程度的情况如开野或楔形野、有或无挡板等的比较可作为 TPS 最初的性能评估。也应考虑包括部分射

35、野与不均匀体模的更复杂的情况。TPS 几何精度的验证方法为，用挡块或孔径产生屏蔽区域，将其重叠到硬拷贝上。当用 MLC 设计屏蔽时，叶片与感兴趣区域有几种相交方法，分别为外角交、中点交和内角交，为了评估过挡或屏蔽不足的数量，必须对此进行验证。某些 3D 射野算法不是直接基于测量数据而是基于直线加速器的设计和组件构成。有必要对厂家给出的规格进行验证。通过输入已知尺寸的轮廓，将其与原图比较可对数字化仪和打印机进行验证。临床测试包括斜入射和不对称遮线门。对射野衔接，无论是毗邻野还是独立遮线门衔接，应将 TPS 的计算与胶片或探头阵列的测试进行比较。光子束和电子束旋转治疗的计算结果应与测量或发表的数据

36、比较。应特别关注旋转和弧度治疗的射野的权重和归一方法。为确认 CT 扫描机和 TPS 文件的兼容性，必须进行文件转换。螺旋扫描的CT 需要独立的转换软件。 通过输入已知结构和密度的体模，探测在放大率和空间坐标的错误，以此分析来检查图像数据的传输。 特别注意像素值、扫描尺寸和矩阵尺寸。必须验证图像表面描绘的完整性，特别是手臂之类的分离结构。TPS 中会使用大量的数据，这使得对所有数据的例行验证变得困难或不可能。对所有的 TPS，推荐的定期检查是使用标准几何体模，采用多种射野和射束修饰器，检查剂量分布和射野照射时间/剂量监测器跳数计算。这些过程的使用频度和范围在参考书目中已有所说明，使用总检查程序

37、 check sum programme 保证文件和数据的完整，提醒用者可能的文件损坏和数据的误改。11.5.3. 抽样检查抽样检查要求对测量数据与由 TPS 得到的数据相比较。这些抽样检查可包括对挡块或 MLC 射野的计算。也建议根据测量数据抽样检查静态和动态楔形板。探头阵列可用于验证楔形板，特别是 TPS 产生的动态楔形板的剂量分布。必须对楔形板的标识、方向、射野硬化和射野大小限制验证 TPS 产生的楔形分布。11.5.4. 归一和射野权重剂量归一和射野权重选项随 TPS 不同而不同，直接影响对病人剂量分布的表述。归一可规定到一个特定的点，如等中心。几个射野轴线的交点、或一个层面或整个体积

38、的最小或最大值。归一也可规定到体积中的任意一条等剂量线，或者与靶区或器官相关的最小或最大等剂量面。射野权重取决于是 SSD 技术还是 SAD 技术。通常 SSD 技术的权重将处方剂量的 100%定义在每个射野最大剂量深度处。SAD 技术可使用等中心类型的权重，射野的权重在等中心相加，也可使用 TPR权重，在病人体内等中心点 100%射野权重产生的分布值等于射野 TPR 的总和。建议手工检查用于治疗的所有剂量分布和射野照射时间/剂量监测器跳数计算。由于很多治疗计划涉及复杂射野的实施，这些手工检查并不需要十分精确，只是作为可以探测 TPS 某方面严重错误的一种方法而已。11.5.5. 剂量直方图和

39、优化DVH 必须就几何和计算精度进行验证。通过在体模中勾画诸如球或立方等几何靶区的方法来验证体积计算。一个单野经过球或立方体的剂量分布能用来验证 DVH 的计算，包括微分和积分计算。许多 TPS 提供了优化程序，可产生有复杂剂量分布的强度调制的射野。由于这些配置包括部分或全动态的治疗，对点的绝对剂量的抽查，以及用胶片或探头阵列对剂量分布的空间和时间特性的验证，都是评估 TPS 射野计算的有用方法。11.5.6. 培训和文档对软件和硬件进行培训和提供合理的文档是必要的。典型的培训是现场培训和厂家工厂培训。也可以用厂家的设施。持续的更新课程能使剂量师和物理师熟悉漏洞的修补及系统的升级。对软件修补和

40、升级情况的文档应保存作为临床的参考。TPS 厂家应有其他用户清单和人员资料以供参考。大多数的 TPS 厂家都会组织用户会议，有单独的会议，也有协同国内或国际放射肿瘤学家和放射肿瘤物理家的科学会议。在会上，受邀的演讲人或用户会就特定的软件系统、软硬件的新发展以及特殊的软件问题和解决方案等作研讨。11.5.7. 定期的质量保证在 TPS 接受验收测试和临床验证以后，应建立一个定期的质量保证程序，以确认 TPS 的性能。测试的频度和接受标准应根据用户的特殊需求或国内国际规范来建立。由于TPS 的复杂性和不断发展，文献上（参考文献中推荐的）建议的质量保证测试可能还不够充分；但是，这些建议可以提供定期质

41、量保证程序的基本原则。TPS 的定期质量保证测试将确保日常治疗（包括光子束、电子束、近距离放射治疗）相关数据的有效性。测试不仅验证物理数据(如 PDD、TPR、OAR、挡块射野的效果、平方反比定律、衰减和半衰期等)的输出，也要验证最终的机器剂量监测器跳数或者治疗时间。测试中还必须考虑在计划过程中 CT 扫描机或CT 模拟机的作用，尽可能多的使用 TPS 来模拟治疗机对病人的治疗情况。 对一些用于特殊治疗技术的 TPS（如立体定向治疗 TPS 和 3D TPS） ，测试的时候需要额外注意。此外必须注意无正式文件的和正在开发的内部系统。这些TPS 可能需要更高频度的质量保证。从机器的验收测试和临床

42、测试到数据的获取与数据输入、病人特定剂量验证以及治疗实施是一个连贯的过程。医学物理师必须能够将这些步骤连接在一起，全面的定期的对 TPS 质量保证测试是放射治疗安全实施的重要环节。11.6. 特殊考虑TPS 作为独立系统时可以专注于特殊的技术，而且有各种临床规程由于其内在的复杂性需要仔细考虑。需要特别考虑并可能需要专用 TPS 的技术如下：短距离放射治疗 中电压放射治疗 IMRT 动态 MLC 全身照射(TBI) (光子和电子) 微型 MLC; 加速器或伽马刀的立体定向放射外科 断层治疗 Tomotherapy; 术中放疗 D shaped beams for choroidal melano

43、ma; 脉络膜黑色素瘤的 D 形射野 电子线的弧度治疗 全身皮肤电子线治疗(TSEI).（翻译：翻译：黄晓延 祁振宇，中山大学附属肿瘤防治中心放射治疗科）参考文献：参考文献：AMERICAN ASSOCIATION OF PHYSICISTS IN MEDICINE, Comprehensive QA for radiation oncology: Report of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group 40, Med. Phys. 21 (1994) 581618.American Association of Physicists in

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