放疗计划系统.doc

放疗计划系统(Radiation Therapy Treatment Planning System, TPS)

曲桂红 PhD
2006/10/21

放疗计划系统(Radiation Therapy Treatment Planning System, TPS)

1、 定义

IEC 60601-2-48， Medical electrical equipment, Part 2: Particular requirement for the safety of radiation therapy treatment planning system.

A RADIATION THERAPY TREATMENT PLANNING SYSTEM is a medical device that simulates a proposed RADIOTHERAPY treatment through a process of modeling both a source of radiation and a PATINT. It also often produces estimations of ABSORBED DOSE distribution in the PATIENT using a specific algorithm or algorithms.

放疗计划系统是一种通过对放射源及患者建模过程来模拟一个推荐的放射治疗的设备。系统采用一个或几个专门的算法计算患者体内吸收剂量分布。

放射治疗计划系统是放射治疗QA必不可少的工具。

2、基本概念

2．1 分类

（1）按照维数(计算模型+显示)
二维（2D）
三维（3D）

（2）按照治疗技术
外照射（External Radiotherapy）
内照射（Brachy Radiotherapy）

（3）按治疗模式
常规（Normal Radiotherapy）
适形（Conformal Radiotherapy）
调强（IMRT）

3、系统组成

3．1硬件系统

（1）主机
专用工作站（SSGI, HP, DEC, SUN, Apple）
PC机
笔记本电脑（IBM，DELL）

（2）外围设备
打印机（幅面：A4以上）
扫描仪（透射，用于胶片扫描）
备份系统（每个患者的图像大小约50M）
磁带机
刻录机
磁盘阵列
（3）UPS（1500~2000W）
（4）网络适配器

3．2软件系统

（1）操作系统
Microsoft DOS
Microsoft WINDOWS
IRIX
Solaris
HP-UX
DEC UNIX
MAC

（2）数据库
Microsoft ACESS
Infomax
Oracle
SQL

（3）治疗计划系统软件

Treatment Planning Systems
Exchange Format
Treatment Modality
Vendor
System
Version*
3DCRT
IMRT
Seed
Brachy
HDR
Brachy
Protons
CMS
Focus/XiO
3.1
R

Elekta
RenderPlan 3D

R

PrecisePlan
2.01
D

Nomos
Corvus

R

++

Nucletron
Helax TMS

R

TheraPlan Plus

R

PLATO RTS
2.62
D

PLATO BPS
14.2.6
D

Philips
Pinnacle3

R

AcqPlan
4.9
R

Rosses Medical
Strata Suite CTPlan
4.0
R

RTek
PIPER
2.1.2
R

Varian
BrachyVision
6.5
(Build 7.1.67)
D

Eclipse
7.1
D

VariSeed
7.1
D

STAR－1000（北京大恒医疗设备有限公司）
Venus (拓能, TOPSLANE）
BJRTPS2001（北京医疗器械研究所）

（4）其它应用软件

4、系统功能

4.1 图像获取

CT(MRI、Ultrasound)

4.2 轮廓编辑

4.3 束流编辑

4.4 BEV
DRR

4.5 图像处理

4.5.1窗位/窗宽
4.5.2对比度

4.5.3放大/缩小
4.5.4面积/长度测量
4.5.5矢/冠状面显示

4.6 三维显示
4.6.1轮廓线
4.6.2表面/实体
4.6.3透明

4.7 剂量计算

4.8 QA

4.9 治疗机数据输入

相关数据
TMR（TPR）
PDD
OAR（OCR）
Wf
Of(Scp, Sp)

相关报告
AAPM TG45 加速器应用
AAPM TG53 TPS治疗保证
AAPM TG67 光子数据库

4.10 打印输出

4.11 网络

4.12 计划评价

4,12,1 DVH

4.12.2计划对比

4.13 图像融合

4.14 DICOM接口

DICOM RT

1994年北美放射协会（Radiological Society of North America，RSNA）会议上，关于设备间放射治疗数据（内照射和外照射计划、剂量、图像等）传输的标准问题被明确提了出来，这个标准的重要性是显而易见的，但是采用DICOM标准并不能彻底解决这些问题。
1994年RSNA会议的一个结果是成立了隶属NEMA的一个特别工作组（Working Group），就是后来的第7工作组（放射治疗对象，Radiotherapy Objects），这个小组的成员包括一些放射治疗设备制造商、学术机构，此外还涉及到了IEC的成员。
在1997年，根据工作组11号补充报告，4个DICOM RT对象定义被批准，这4个DICOM RT对象是：RT结构集（RT Structure Set）、RT计划（RT Plan）、RT剂量（RT Dose）和RT图像（RT Image）。此外，在1999年，根据工作组29号补充报告，RT记录对象（Treatment Record objects）也得到确定。

（1）RT结构集合对象（RT Sructure Set）。 包括与患者解剖相关的信息，如组织结构、标识点、等中心等。这些实体在CT、物理的或虚拟的定位设备、治疗计划系统等设备上是保持一直的。

RT结构集合对象

（2）RT计划（RT Plan）。包括用于描述一个外部束流（external beam）和内照射（brachytherapy）治疗过程的几何和剂量数据，如束流角度、光阑开度、束流调强，以及关于内照射的通道和源的参数等。RT计划实体可以在定位工作站上生成，经过治疗计划系统进一步补充，然后才可以传到记录与验证系统或治疗设备。一个RT计划对象的实例（instance）通常借助RT结构集合对象实例对坐标系统和患者的组织结构进行定义。

RT计划对象

（3）RT图像（RT Image）。对锥形几何条件下生成的图像的定义，如采用常规模拟定位机、接口图像设备（electronic portal image device, EPID）。也可以是按照相同的锥形几何条件计算得到的图像，如数字化重建放射图像（digitally reconstructed radiographs，DRRs）。

RT图像对象

（4）RT剂量（RT Dose）。包括由治疗计划系统生成的一种或多种格式的剂量数据：三维剂量数据、等剂量曲线、DVH及剂量点等。

RT剂量对象

（5）RT记录。包括远距离治疗信息对象、近距离治疗信息对象和放射治疗综合记录信息对象。

DICOM RT对象与DICOM对象的关系

图14-10 DICOM RT对象与DICOM对象的关系

5、物理计算模型
5.1经验模型

5.2卷积/叠加模型
5.3笔形束模型

5.4蒙特卡罗

6、治疗机参数

7、发展概况
7.1多维数
二维—>三维—>四维。
7.2精细
常规—>适型—>调强

7.3网络
单机—>局域网—>Web

单机模型

局域网模型