第二章　放射性粒子植入治疗计划系统

计划设计定义为确定一个治疗方案的全过程。传统上，它通常被理解为计算机根据输入的患者治疗部位的解剖信息如外轮廓、靶区及重要组织和器官的轮廓及相关组织的密度等，设定处方剂量、选择粒子活度，合理分布粒子，然后进行剂量计算，得到所需要的剂量分布，并指导如何术中穿刺布源。从广义上，上述定义应理解为：确定一个治疗方案的量化的过程，包括CT、MRI、PET-CT等图像的输入及处理；医师对治疗方案包括靶区剂量及其分布、重要器官及其限量、穿刺路径、粒子分布方式等的要求及实现。其重点为术前计划的可操作性及精确实施，术后计划客观准确的剂量验证。其主要内容为靶区及周围危及器官解剖数据的显示、合理的布源、靶区剂量分布的计算及粒子如何植入。

一个好的治疗计划应满足下列4项条件：①肿瘤处方剂量要求准确，各种技术参数齐全；②图像传送、三维重建、图像融合和术中靶区勾画等技术整合高效；③术后剂量评估验证快速，具有自动识别粒子的功能；④危险器官剂量限制参数明确，免受过度照射，至少不能使他们超过其允许耐受量的剂量范围。

如何保证将放射性粒子合理的分布于肿瘤内部，使肿瘤组织承受高剂量照射，同时使周围正常组织器官的辐射损伤降至最低是放射性粒子植入治疗计划设计的重要任务。

因为放射性粒子永久性植入治疗属于近距离治疗的一种，为放疗的一个分支，故而其疗效和并发症的评价需遵循放疗的剂量学原则。放射性粒子植入的剂量学相对复杂，多种因素均会对剂量造成不同程度的影响，特别是粒子活度、粒子分布、靶区术后的变化等。因此需要精确的剂量学计算。美国近距离治疗协会规定，对于所有放射性粒子植入治疗的前列腺癌患者，必须进行术前治疗计划和术后计划的验证，并评估其剂量。

放射性粒子植入治疗计划系统（treatment planning system，TPS）的主要功能首先是术前在计算机三维模拟平台上制定完整的治疗计划，明确将要植入的粒子在靶区三维空间的分布，使植入粒子发出的有效治疗剂量可以覆盖肿瘤靶区，以杀灭肿瘤细胞，同时将肿瘤周围正常组织器官所受的剂量降至最低。其次是放射性粒子永久性植入后进行术后验证，根据实际植入的粒子数量、位置计算靶区的剂量分布，并预测可能的疗效和并发症。因此，TPS是指导如何植入粒子，保证剂量学精确性的工具。

放射性粒子植入计算机三维治疗计划系统是一个计算机断层图像三维软件操作平台。术前由肿瘤放射治疗医生勾画肿瘤靶区及危及器官，给出处方剂量、进针路径及粒子活度，物理师用此操作平台自动计算或人工布源确定粒子数目及分布，然后计算放射剂量在体内组织间的空间分布。这种直观显示、交互式的工具可以辅助医生和物理师制订最优化的术前计划，并指导术中精确实施。术后通过植入的粒子重建验证治疗计划，进行质量评估和剂量测定分析。

完整的粒子植入放射治疗计划通常包括以下几部分。

（1）患者体位固定方式。

（2）靶区及危及器官的位置、范围。

（3）靶区的根治剂量及危及器官耐受剂量的描述。

（4）放射性粒子在肿瘤体内的空间分布及切实可行的穿刺路径。

（5）放射性粒子的配置参数，如型号、活度、数量等。

（6）相关的评估图形，包括等剂量曲线分布图、剂量-体积直方图（DVH）等。

术前输入的图像数据主要反映患者病变的性质、位置、大小及与周围敏感器官、组织之间的相互关系，因此TPS应支持多种图像数据输入法，包括网络连接、磁介质传输、扫描输入、兼容DICOM3.0标准；其二，提供给TPS的图像数据应完整和清晰准确，不能影响治疗计划的制订。

以往TPS接受的B超、CT或MRI图像，通过扫描仪输入计划系统，随着医学影像检查设备和TPS的升级换代，特别是DICOM3.0医学影像传输标准制订之后，治疗计划系统可以通过检查设备或网络直接获得这些影像数据，减少了图像转换的数据耗损，提高了影像的精度和质量。

首先，TPS能够同时兼顾和处理多源图像数据如CT、MRI等，将他们单独进行测量定位，统一在同一患者坐标系下。其次，TPS具有如扫描图像旋转、反转和序列图像配准等功能，可兼容不同方位如轴位、冠状位和矢状位的图像定位序列。第三，图像数据的测量定位是保证治疗计划系统精度的关键，因此需要测量定位，以建立治疗计划和治疗实施时的坐标基准。

临床医生在患者的断层图像序列上勾画轮廓线确定治疗靶区。TPS应该提供自动、半自动或人工勾画等多种方式勾画轮廓线。

计算机将不同断层上勾画的同一解剖结构轮廓线进行三维重建后显示解剖结构三维体数据和精确的体积数据，也可以在归一化的多元图像序列上相互映射显示。一般的治疗计划系统都支持多个三维解剖结构同时显示，并支持三维方式下的透明、半透明和实体显示，以避免在不同方位观测时相互遮挡。

肿瘤区是可以明显触诊或可以肉眼分辨/断定的恶性病变范围和位置。为一般的诊断手段（包括CT和MRI）能够诊断出的可见的具有一定形状和大小的恶性病变范围，包括转移的淋巴结和其他转移的病变。

给予一定剂量的肿瘤的临床灶（肿瘤区）亚临床灶以及肿瘤可能侵犯的范围。CTV是包括了可以断定的GTV和（或）显微镜下可见的亚临床恶性病变的组织体积，是必须去除的病变。这个区域必须得到足够的治疗”才能达到治愈。

就是由于呼吸、胃肠或者膀胱等器官运动引起的位置改变。

定义是为了合适地设置照射野，考虑到所有可能的几何变化引起的合成效果，保证CTV的实际吸收剂量达到处方剂量。计划靶区应是包括临床靶区（CTV）本身、照射中患者器官运动（ITV），和由于日常摆位、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。

因为粒子植入将放射源直接植入到肿瘤内部，粒子植入后器官运动基本不会对靶区剂量的吸收造成影响，故而在粒子植入的计划设计时可不考虑ITV。且粒子植入多为一次性植入，不存在多次摆位引起的摆位误差问题，因此粒子植入靶区设计时CTV基本与PTV一致。

计划靶区内最高剂量叫靶区最大剂量。当面积大于或等于2cm ²（直径1.5cm）时，临床上才认为有意义；当面积小于2cm ²时，临床上不考虑其影响。

计划靶区内最低的剂量。靶区最小剂量不能低于肿瘤的根治剂量。

指可能包括在射野内的重要组织或器官，它们的放射敏感性（耐受剂量）将显著的影响治疗方案的设计或确定靶区处方剂量的大小。与计划靶区PTV的定义一样，在勾画危及器官（OAR）范围时，应考虑器官本身运动和治疗摆位误差的影响，其扩大后的范围，称为计划危及器官区（planning organ at risk volume，PORV）。