放射治疗计划系统及其应用(行业运用)课件

Radiation Therapy Planning System(TPS)放射治疗计划系统放射治疗计划系统及其应用及其应用北京航空航天大学图像中心北京航空航天大学图像中心 周付根周付根1医疗医学Radiation Therapy Planning Sys主要的内容l放射治疗计划系统及相关问题l通用粒子植入治疗计划系统l头部立体定向粒子植入治疗计划系统2医疗医学主要的内容放射治疗计划系统及相关问题2医疗医学肿瘤治疗的方法l 外科手术治疗l 化学药物治疗l 放射线照射治疗l 组合方式治疗3医疗医学肿瘤治疗的方法 外科手术治疗3医疗医学放射治疗技术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4医疗医学放射治疗技术1、体外（远距离）照射4医疗医学放射治疗技术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腔内照射 -管内照射管内照射术中照射术中照射 -表面施源照射表面施源照射组织间插植照射组织间插植照射（3）经皮穿刺、图象引导经皮穿刺、图象引导5医疗医学放射治疗技术2、体内（近距离）照射5医疗医学放射治疗技术中的关键问题l靶区定位的准确性和体积精度l照射剂量场的准确制定l照射路径（手术路径）的选择l重要结构和组织的有效保护l治疗方案优化（治疗简化）6医疗医学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6医疗医学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。7医疗医学放射治疗方案的评价 好的治疗方案应合理3D放射治疗计划系统(TPS)l医学影像学和计算机技术发展的产物。医学影像学和计算机技术发展的产物。l放射治疗技术发展的急需。放射治疗技术发展的急需。lTPS使得放射治疗计划的设计和评估更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，实现了治模拟，得到最佳的治疗方案，实现了治疗计划的定量设计。疗计划的定量设计。8医疗医学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3D放射治疗计划系统l允许医生在患者的三维体空间中直接进行允许医生在患者的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，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。并保证了治疗精度和质量的提高。l3D治疗计划系统是计划系统的革命，治疗计划系统是计划系统的革命，3D系系统使放射治疗更为科学。统使放射治疗更为科学。9医疗医学3D放射治疗计划系统允许医生在患者的三维体空间中直接进行计划治疗计划系统的作用l为临床医生提供交互式的断层图像的为临床医生提供交互式的断层图像的三维构建工具；三维构建工具；l可以精确的确定体表、靶区及重要组可以精确的确定体表、靶区及重要组织、器官的几何描述；织、器官的几何描述；l精确测量靶区，提供相应的定量数据精确测量靶区，提供相应的定量数据l辅助医生和物理师制定治疗方案；辅助医生和物理师制定治疗方案；10医疗医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治疗计划系统的作用l计算剂量在体内组织间的空间分布计算剂量在体内组织间的空间分布并直观显示；并直观显示；l评估和优化治疗计划方案。评估和优化治疗计划方案。l打印输出治疗报告。打印输出治疗报告。l实施治疗计划的验证，确定补救措实施治疗计划的验证，确定补救措施。施。11医疗医学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；放射治疗操作流程放射治疗操作流程安装定向框架安装定向框架MRI/CT扫描扫描传送图像数据传送图像数据图像工作站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，打印治疗计划报告剂量分布，实时优化手术方案，打印治疗计划报告实施治疗实施治疗12医疗医学放射治疗操作流程安装定向框架MRI/CT扫描传送图像数据图像常用概念及术语l图象序列（组）(Study,Series）l电子数据、电子密度 l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 13医疗医学常用概念及术语图象序列（组）(Study,Series）常用概念及术语l等剂量线 l等剂量面 l剂量剖面直方图 l体积剂量直方图(DVH)l处方剂量、参考剂量、匹配周缘剂量14医疗医学常用概念及术语等剂量线 14医疗医学常用概念及术语l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值，以cGy单位给出15医疗医学常用概念及术语剂量单位为Gy或cGy,15医疗医学常用概念及术语l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。16医疗医学常用概念及术语由DVH导出的参数，如V100：承受100%处(Brachy-Therapy Planning System)粒子植入内放射治疗粒子植入内放射治疗 计划系统计划系统B_TPS B_TPS系统是一套三维可视化工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，粒子植入内放射治和术后验证工具，粒子植入内放射治疗的重要组成部分。疗的重要组成部分。17医疗医学(Brachy-Therapy Planning Syste 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。18医疗医学 B_TPS具有友好的用户界面和极佳的图像显示效果。系统功能概述系统功能概述1、图像数据输入、图像数据输入l支持DICOM 3.0标准、视频采集和扫描输入；l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；l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。19医疗医学系统功能概述1、图像数据输入19医疗医学系统功能概述（系统功能概述（1）2、图像数据处理和三维显示、图像数据处理和三维显示l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；l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；l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；20医疗医学系统功能概述（1）2、图像数据处理和三维显示20医疗医学l图像的灰度、直线距离、角度和面积的测量和显示；l不同断层图像序列间的交互重建和剖切显示；l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；l图象序列的插值与重建。21医疗医学图像的灰度、直线距离、角度和面积的测量和显示；21医疗医学系统功能概述（系统功能概述（2）3、粒子植入计划设计、粒子植入计划设计l交互式设计粒子植入计划，采用多窗口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；像序列上设计、修改计划参数；l根据靶区的位置自动安置计算框、模板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；的位置，使得设计更加快捷、准确；22医疗医学系统功能概述（2）3、粒子植入计划设计22医疗医学l交互设计体表参考点；l交互设计粒子植入针和粒子的空间分布；l根据靶区体积自动计算粒子数量；l自动布设粒子在靶区中的位置；l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拷贝。23医疗医学交互设计体表参考点；23医疗医学系统功能概述（系统功能概述（3）4、剂量评估、剂量评估l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；l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；l支持多种剂量评估方法，如P.O.I、Profile、DVH等；24医疗医学系统功能概述（3）4、剂量评估24医疗医学系统功能概述（系统功能概述（4）5、验证植入计划方面、验证植入计划方面l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;l识别重复计数的粒子;l精确计算所植入粒子的整体剂量和分布;l精确显示所有平面的剂量分布和等剂量曲面。25医疗医学系统功能概述（4）5、验证植入计划方面25医疗医学系统功能概述（系统功能概述（5）6、计划报告输出l打印输出所有的治疗计划数据、评估图形和图像。l验证报告输出，包括：剂量分布、粒子位置和粒子描述。26医疗医学系统功能概述（5）6、计划报告输出26医疗医学系统功能概述（系统功能概述（6）7、数据资料管理、数据资料管理l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。27医疗医学系统功能概述（6）7、数据资料管理27医疗医学B_TPS部分操作和显示界面28医疗医学B_TPS部分操作和显示界面28医疗医学病案资料管理及配置患者图像界面29医疗医学病案资料管理及配置患者图像界面29医疗医学轮廓线定义和三维重建界面30医疗医学轮廓线定义和三维重建界面30医疗医学治疗计划设计和剂量显示 31医疗医学治疗计划设计和剂量显示 31医疗医学三维剂量场及DVH显示 32医疗医学三维剂量场及DVH显示 32医疗医学模板及导引针安装示意图33医疗医学模板及导引针安装示意图33医疗医学计划验证及无模板引导计划34医疗医学计划验证及无模板引导计划34医疗医学自动布源界面35医疗医学自动布源界面35医疗医学自动布源结果（1）36医疗医学自动布源结果（1）36医疗医学自动布源结果（2）37医疗医学自动布源结果（2）37医疗医学自动布源结果（3）38医疗医学自动布源结果（3）38医疗医学自动布源结果（4）39医疗医学自动布源结果（4）39医疗医学自动布源结果（5）40医疗医学自动布源结果（5）40医疗医学SurgicalPlan立体定向神经外科放射立体定向神经外科放射治疗计划系统治疗计划系统41医疗医学SurgicalPlan立体定向神经外科放射治疗计划系统4神经外科治疗方式 开颅手术治疗、微创伤手术治疗和无创伤治疗*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。42医疗医学神经外科治疗方式 开颅手术治疗、微创伤手术治疗和无创伤治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。43医疗医学立体定向技术立体定向技术在神经外科手术中已显43医疗医学立体定向手术 立体定向手术适用于下列神经外科手术治疗：l*高血压脑出血及脑内血肿、脓肿的排空l*脑内活体组织检查l*小型脑瘤定位及脑深部某些核团的毁损l*瘤内同位素放疗及化疗l*脑内异物取出等44医疗医学立体定向手术 立体定向手术适用于下列神经外科手术治疗：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45医疗医学立体定向系统立体定向系统可以分成四大部分：45医疗医学立体定向组件立体定向组件立体定位框架立体定位框架手术弓型架手术弓型架立体定位立体定位CT显影图框显影图框46医疗医学立体定向组件立体定位框架立体定位46医疗医学立体定向组件（立体定向组件（1）配套手术器械：各种针、适配夹 47医疗医学立体定向组件（1）配套手术器械：各种针、适配夹 47医疗医学立体定向手术图安装在病人头上的情况安装在病人头上的情况48医疗医学立体定向手术图安装在病人头上的情况48医疗医学立体定向的原理 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。49医疗医学立体定向的原理 立体定向仪导向的原理是球心法，弓形架可定位标记点 将框架固定在患者将框架固定在患者将框架固定在患者将框架固定在患者颅骨上，病人头颅在颅骨上，病人头颅在颅骨上，病人头颅在颅骨上，病人头颅在由框架形成的三维直由框架形成的三维直由框架形成的三维直由框架形成的三维直角坐标系中的位置也角坐标系中的位置也角坐标系中的位置也角坐标系中的位置也就确定下来，经就确定下来，经就确定下来，经就确定下来，经CT/MRICT/MRICT/MRICT/MRI扫描得到如右扫描得到如右扫描得到如右扫描得到如右图像，形成六个标记图像，形成六个标记图像，形成六个标记图像，形成六个标记点。根据标记点的位点。根据标记点的位点。根据标记点的位点。根据标记点的位置即可计算出图像中置即可计算出图像中置即可计算出图像中置即可计算出图像中的任意点相对于框架的任意点相对于框架的任意点相对于框架的任意点相对于框架基环的空间坐标。基环的空间坐标。基环的空间坐标。基环的空间坐标。50医疗医学定位标记点 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。51医疗医学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完整手术治疗操作流程完整手术治疗操作流程安装定向框架安装定向框架局麻局麻MRI/CT扫描扫描传送图像数据传送图像数据图像工作站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，实时优化手术方案体显示手术通道，实时优化手术方案l颅骨钻孔颅骨钻孔l相应手术相应手术52医疗医学完整手术治疗操作流程安装定向框架局麻MRI/CT扫描传送部分操作界面53医疗医学部分操作界面53医疗医学部分操作界面（1）54医疗医学部分操作界面（1）54医疗医学部分操作界面（2）55医疗医学部分操作界面（2）55医疗医学部分操作界面（3）56医疗医学部分操作界面（3）56医疗医学部分操作界面（4）57医疗医学部分操作界面（4）57医疗医学部分操作界面（5）58医疗医学部分操作界面（5）58医疗医学部分操作界面（6）59医疗医学部分操作界面（6）59医疗医学部分操作界面（7）60医疗医学部分操作界面（7）60医疗医学部分操作界面（8）61医疗医学部分操作界面（8）61医疗医学