放射物理与精准放疗工程 · 第 8 卷 / 共 11 卷
从体积定义到逆向优化
本卷导读
系统讲解 GTV、CTV、ITV、PTV、OAR 与 PRV 的定义，ICRU 50/62/83 的外放逻辑，Van Herk 边界模型，以及正向、逆向计划与知识计划。
知识结构
- 靶区与危及器官定义
- 边界外放与几何不确定性
- 自动勾画与部位特异性靶区
- 计划设计流程与算法
- 知识计划与人工智能
靶区与危及器官定义
GTV 描述可见肿瘤，CTV 描述潜在浸润，ITV 描述运动范围，PTV 描述几何不确定性，PRV 用于保护危及器官。
模拟定位完成后，需要将模拟定位机获取到的影像传输到靶区勾画系统中。无论是X线二维影像还是CT影像，或者是MR影像，有了影像，就可以看到肿瘤和正常组织的位置和结构。
根据获取到的影像，医生需要勾画靶区，也就是常说的靶区勾画，其实还包括勾画危及器官（OAR）。
危及器官，可以理解为正常组织区域，也就是要保护的区域，如果正常组织受损伤较大，会引起比较严重的并发症。
最终的目的，是将肿瘤彻底消灭掉，防止有漏照射肿瘤细胞的风险，也就是降低复发的风险。但也不能外扩的太多，否则会照射过多的正常组织、造成正常组织过多的损伤，因此外扩是一个权衡和拿捏的过程。
对于靶区和危及器官，需要一层层地勾画，比较耗费时间，因此是个耐心活，亲自勾画过的初学者深有体会。
前边咱们介绍了放射治疗主要靶区体积（GTV，CTV，PTV）的定义；接着介绍了三维放射治疗计划系统在放疗中的作用。GTV的全称为Gross Tumor Volume,意思为大体肿瘤体积，即在CT、MRI等影像检查上看到的肿块；但是真实工作中仅仅在CT片上看到是没办法用高能X线准确照射的，要标记肿瘤之后再用射线瞄准才能打准。
定位CT扫描层厚以3mm为佳。
这样医生画完靶区后保存的时候是两个文件，一个呢是CT图像（image），一个呢是对应在CT图像上相应坐标位置上画出来的结构（structure）；这样物理师将医生标记过的目标（在图像上的坐标系里）定成照射靶区，选择射线能量、计算射线剂量，并评估靶区和正常器官的剂量，该打击的打击，该保护的保护。
这个过程相当于打仗时战场指挥官在数字地图上标定目标（如敌方的导弹阵地、指挥部），经卫星GPS定位，让导弹或者轰炸机去摧毁。
这里需要说明的是在普通诊断CT片上勾画肿瘤靶区无法进行计划设计，必须是粘贴定位点的定位CT上才可以，这三个定位点的作用就是建立坐标系统。
在CT图像上勾画癌症肿块非常检验放疗医生的水平，是个高技术活，须医生对解剖知识和医学影像及肿瘤的生物学行为有较深的认识和实践。
例如有些癌症肿块简单，容易确认，在增强的定位CT图像上可以轻松勾画，如有一定体积的肺癌。
有些癌症肿块不容易确认，需要结合多种影像学检查手段综合判断，如脑胶质瘤，在CT图像上根本无法准确区分肿瘤边界，这个时候我们就必须参考MRI和PET-CT，最准确的办法是在电脑上将两种图像融合，遇到不能进行数字化融合的情况就对着打印的MRI片在CT上画。
勾画靶区时常会遇到的很多复杂的情况，都需医生认真解决，尽可能的将肿瘤画准了，这样才能使肿瘤得到精准的照射；如果医生把肿瘤画大了，照射范围内正常器官体积会更多，副作用就大，甚至出现重大不良反应；相反，如果医生画肿瘤画小了，照射范围外还有癌症细胞，那肯定会复发；因为咱们物理师计划设计照射区域的依据就是医生勾画的范围。
最终，肿瘤靶区以及CTV、PTV勾画完成后还必须资深医生（通常是专家）审核。
肿瘤勾画完成后还得将正常器官勾画，之后物理师进行计划设计，然后将放疗计划传输到加速器上，最后由医师、物理师、技术员给患者按定位时体位摆好位置并按照射中心校对位置，校对无误后才能执行放疗计划，使患者接受放射线治疗。
伴随医学影像及数据处理的技术进步，高能射线照射肿瘤精准度达到很高的程度，放射治疗在肿瘤治疗领域的临床效果也越来越好-----肿瘤清除率高、患者副作用小，放射治疗还有无创伤的优势，因此，很受癌症患者的欢迎，也得到国家卫生政策的大力支持；但是放疗技术比较复杂，不好理解，所以，我们想办法进行专业科普，以更好地推广这么好的肿瘤治疗技术，让放疗专业以外的医务工作者更多地了解放疗。
边界外放与几何不确定性
Van Herk 公式把系统误差与随机误差转换为 PTV 外放，但前提是误差分布已被正确估计。
放射治疗靶区几何不确定性是导致脱靶（Geographical Miss）与正常组织过度受照的根本根源。靶区几何误差在数学与物理上严格划分为两大独立统计类别：（1）系统误差（Systematic Error, 记为 Σ）：源于模拟定位阶段即已固化的基准偏差，如定位激光灯微小零点漂移、CT 扫描层厚效应引起的解剖结构截断误差、器官在定位瞬间与基线常态的恒定形状偏差，以及影像配准算法的固定偏置。系统误差在整个治疗疗程所有分次中恒定保持相同方向和大小，会导致分次剂量分布在整个空间网络上产生系统性平移，对累积肿瘤剂量的削减具有决定性影响；（2）随机误差（Random Error, 记为 σ）：源于每次分次治疗摆位时的不可避免的微小随机涨落、患者各分次间体位微动、呼吸运动瞬时相位变化以及胃肠道蠕动充盈度波动。随机误差在各分次间呈现均值为零的高斯正态分布，主要作用是使累积剂量分布的物理半影区发生模糊展宽；（3）Van Herk 靶区外放公式的严格数学推导：国际著名放疗物理学家 Marcel van Herk 建立的经典解析模型证明，为确保 90% 的患者群体在完整放疗周期中靶区（CTV）所接收的累积生物剂量不低于处方剂量的 95%，CTV 到计划靶区（PTV）的单侧空间安全外扩边界 M 必须满足：M = 2.5Σ + 0.7σ。该公式清晰揭示了系统误差权重（2.5）是随机误差权重（0.7）的 3.5 倍以上；在临床实践中，采用 IGRT（机载 CBCT / 正交平片）分次纠正初始摆位偏差，其最根本的物理获益正是将系统误差 Σ 压缩至接近于零，从而允许临床大幅缩减 PTV 外扩边界，显著降低周围正常组织的辐射损伤。
自动勾画与部位特异性靶区
深度学习自动勾画提高效率，但仍需医师审核。食管、外阴等部位的淋巴引流区具有独立的解剖边界。
在放疗计划设计前，几十甚至上百张病人医学影像需要首先进行危及器官和放疗靶区的轮廓勾画，放疗医生凭借经验进行靶区轮廓勾画的时间往往需要需要几个小时，耗时耗力，导致治疗病人有限。受放疗医生受培训程度不同影响，不同医生对于同一个病人的轮廓勾画也不尽相同。
随着近几年人工智能技术的快速崛起，基于人工智能的轮廓自动勾画软件也应运而生。原来需要医生耗费几个小时进行的工作，如今依托人工智能可以在几分钟内快速、准确的完成。
以我院正在使用的Manteia公司的轮廓自动勾画软件：AccuContour为例，对这类软件进行简单介绍。
打开主程序，会看到主菜单"导入"，已进行扫描的患者的定位CT图像会自动显示在患者列表里边。
一、如果单纯用于精确放疗正常器官，这种系统（Manteia）勾画很准确，几乎不用修改。
三、软件内还有许多别的应用功能，这里不介绍了；如影像组学工具、图像配准等。
一、人工智能在医疗领域应用逐步深入，特别是在医学影像方面，当前基于深度学习的精确放疗正常器官勾画已相当成熟，如Manteia系统，快速准确，使用方便。
二、肿瘤靶区的自动勾画如GTV、CTV也有许多医疗中心携手研究机构在积极推进，技术成熟的速度可能高于预期；河南省肿瘤医院放疗科也在积极投入其中。
三、也许很快，物理师就不用做计划了，医师勾画结构轮廓的任务也会轻松许多，患者CT定位后直接扔给AI系统，画轮廓、做计划，人在旁边喝茶即可。
带你正确勾画食管癌靶区，思路清晰，图文并茂，课件很好地结合了行业规范性、CT/MRI多模图像肿瘤表现、实际病例、权威数据。
食管癌纵隔淋巴引流区解剖空间关系错综复杂，规范化的 CTVnd 勾画需严格依照国际胸部淋巴结分区图谱（IASLC 分区标准）：（1）颈段及胸上段食管癌：高危淋巴引流区涵盖第 1 区（颈段食管旁/锁骨上淋巴结）、第 2 区（上气管旁淋巴结）及第 4 区（下气管旁淋巴结）；（2）胸中段食管癌：除食管旁固有淋巴结外，重点勾画第 4 区、第 7 区（隆突下淋巴结群，上界为气管分叉，下界为双侧主支气管下缘）以及第 8 区（食管旁淋巴结群）；若肿瘤位置偏后下，需预防照射第 15 区（膈前淋巴结）及胃左血管旁淋巴结；（3）解剖边界避让修剪：勾画淋巴引流区血管鞘边界时，必须主动剔除椎体骨皮质、降主动脉管壁实质以及胸骨后气管软骨环内部空间，防止将无淋巴管分布的正常组织纳入高剂量区；（4）多模态影像交叉验证：若术前 PET/CT 提示短径虽小但标准摄取值（SUVmax > 2.5）显著升高的阳性淋巴结，必须单独勾画为高剂量推量靶区，给予局部根治性增量照射。
8月30日新鲜出炉，在"第五届中国北方肿瘤放射治疗协作组学术会议"，胸部肿瘤指定病例靶区勾画比赛中，河南省肿瘤医院范诚诚博士荣获第一名，现将比赛PPT与大家分享，PPT为汇报比赛版，病例资料附后。
胸中段食管鳞状细胞癌根治性放疗是临床常见且极具代表性的复杂病例。根治性同步放化疗靶区勾画与计划设计规范如下：（1）大体肿瘤靶区（GTV）界定：结合食管内镜、增强薄层 CT 与消化道钡餐造影，将管壁增厚截面（通常以管壁厚度 > 5 mm 或外径 > 10 mm 且管腔狭窄为异常）定义为原发灶 GTVt；短径 ≥ 10 mm（食管旁淋巴结短径 ≥ 5 mm）或高代谢高摄取淋巴结定义为转移淋巴结 GTVnd；（2）临床靶区（CTV）纵向与外周外扩原则：食管鳞癌沿食管黏膜下层具有显著的微观浸润跳跃转移倾向，CTV 必须沿食管长轴（头足方向）在 GTVt 基础上纵向外扩 3.0～4.0 cm（若邻近贲门或下咽需适当受解剖屏障截断），沿侧向横截面外扩 0.5～0.6 cm；转移淋巴结 GTVnd 均匀外扩 0.5 cm 形成 CTVnd；（3）选择性区域淋巴引流区预防照射：胸中段食管癌应将隆突下淋巴结引流区、食管旁引流区及气管前外侧淋巴结纳入预防照射范围；（4）计划设计与危及器官控制：常规采用 6 MV 光子束、5～7 野固定调强或双全弧 VMAT 设计；处方剂量通常为 PTV 50.4～60 Gy（1.8～2.0 Gy/分次）；危及器官限量控制：双肺 V20Gy ≤ 28%～30%，V5Gy ≤ 55%～60%，全肺平均剂量 MLD ≤ 15～17 Gy，脊髓最大剂量 Dmax ≤ 45 Gy，心脏 V30Gy ≤ 40%，平均心脏剂量 ≤ 26 Gy。
外阴恶性肿瘤绝大多数为鳞状细胞癌，临床上对不可手术切除的局部晚期病例或保留器官功能的患者推荐根治性同步放化疗，其靶区勾画具有特殊的解剖边界要求：（1）原发灶 GTV 勾画：结合妇科专科三合诊检查、增强 MRI 及体表金属标记线，将外阴原发可见肿块勾画为 GTV_primary；肿大融合成团的腹股沟或盆腔转移淋巴结勾画为 GTV_node；（2）临床靶区（CTV）外扩规范：原发灶沿皮肤与皮下组织外扩 1.0～1.5 cm 形成 CTV_primary；区域淋巴引流区涵盖双侧腹股沟浅深淋巴结、闭孔淋巴结、髂外与髂内淋巴结区；（3）血管周围淋巴引流区勾画边界：沿双侧股动静脉、髂外动静脉周围均匀外扩 0.7～0.8 cm 生成血管引流区轮廓，并依据周围肌肉组织（如缝匠肌、耻骨肌）与骨骼解剖屏障进行边缘修剪裁剪；（4）外阴放疗体位与计划挑战：患者常采用蛙式位（Frog-leg Position），以减少双侧大腿内侧皮肤相互接触引起的严重湿性脱屑；由于外阴皮肤表面高剂量富集，在逆向计划设计中必须使用组织等效填充物（Bolus）提高表层剂量，同时利用调强陡峭梯度严格保护股骨头（V50Gy < 5%）、直肠（V50Gy < 50%）与膀胱（V50Gy < 50%）。
计划设计流程与算法
计划设计把处方剂量转化为射野参数与通量分布。正向计划依赖经验调整，逆向计划通过目标函数优化。
医生勾画靶区和勾画危及器官之后，接着确定好处方剂量（就像轰炸任务中要投放多少炸弹），接下来需要由物理师来进行计划设计。严格意义上来说，负责计划设计的岗位，称作剂量师。
我们说，放射治疗是利用射线来治疗肿瘤，那就需要确定很多因素，包括：射线的种类（用X射线还是电子线还是其他射线）、射线的能量（用6MV能量的，还是用10MV能量的，或者其他能量的）、射线的进攻路线，也就是照射野的角度（0度，90度还是180度等），以及采用几个照射野，怎么分配权重：哪个照射野的贡献更大、哪个照射野的贡献较小等等。最终的目的，还是尽可能消灭肿瘤，同时要保护好正常组织，减少正常组织的照射，也就是减少无辜伤亡。
对于计划设计的实现方法，可以分为正向计划设计和逆向计划设计，这跟放疗技术有关。对于三维适形放疗技术（3DCRT）的计划，需要人工地确定照射野的角度、数量、每个射野的权重，然后经过剂量计算后，看靶区和危及器官的剂量符不符合要求，如果不符合要求，再返回头去调整参数，这种方法，称作正向计划设计。通过调整各种因素，最后去计算结果，根据得到的结果，再去调整因素，有时候得反复调整。正向计划设计，很考验一个物理师（剂量师）的经验和能力。
目前主要是调强放疗技术，因此主要运用的是逆向计划设计。
从本质上来说，逆向计划设计，交给计算机的工作就更多了。
除此之外，计划设计中，还有很重要的一个环节，就是设置等中心，也就是治疗中心，这跟模拟定位时确定的参考中心（金标）有关，也跟后面的是否复位有关，同时跟加速器的等中心也有关系。
无论是正向计划设计，还是逆向计划设计，都需要用到工具，能够计算出靶区和危及器官的剂量，也就是治疗计划系统（TPS）。
对于计划系统，常见的有：Monaco（Elekta）、Pinnacle（Philips）、Eclipse（Varian）和Raystation（Raysearch）等。
计划设计，也包括很多很多的内容，不同部位的肿瘤，有不同的计划设计技巧，本章只是简单的概述。
当代放疗以精确肿瘤定位、精确计划、精确照射剂量为主要特点，其实就是一个字"准"。"精准"的标准是什么呢？依照国际行业标准：经过许多过程，最终患者肿瘤和正常器官接收到的剂量偏差在5%以内，比如处方剂量是5000cGy，患者体内肿瘤及正常器官得到的剂量必须在4750-5250cGy之间；要达到这个目标其实很难，因为精确放疗临床效果好，但是技术节点较多。
精确定位 精确计划设计 精确治疗。精确放疗流程的主要环节为：放疗诊断--体位固定--CT定位--靶区勾画--计划设计及评估--调强剂量验证--肿瘤位置影像验证及加速器放疗。
其中靶区勾画和计划设计在精确放疗流程里居中枢位置，包括调强剂量验证这些都离不开三维放疗计划系统，计划设计是保证患者剂量准确的重要环节。经过简单铺垫，下边介绍三维放疗计划系统的作用：
计划系统：优化肿瘤和正常器官的射线剂量。计划系统：计算肿瘤和正常器官的射线剂量。计划系统：调整肿瘤和正常器官的射线剂量。计划系统：评估肿瘤和正常器官的剂量体积。其它：如复杂的医学图像处理（CT与MRI、PETCT的融合）。这些都需有资质的放疗物理师进行操作。
医学同道会有疑问，上边计划系统的作用介绍的太抽象，能否形象化一些呢？
一、大型交通枢纽，各个车道怎么转、坡度多少等一定是要先由设计师综合考虑各种因素，精心设计。否则，各个方向来的车肯定会拥挤到一起。
二、大型会展中心，那就更复杂了，有各种规格、功能、容量的会议室，有各种准备场所，有吃饭地方，有洗手间，有线路、视频监控中心等；相应的功能场所布局在哪些地方，以及数量、大小等等，这些都得由设计师事先设计好，方能进行建造施工。
而且这种复杂的设计必须由建筑设计的专业设计师，基于专业的软件系统进行。
还有我们的外科手术：开始手术前，医生会根据患者情况，设计手术方案：研究肿瘤与周围正常器官的解剖关系，从哪里下刀、刀口多长、需切除位置多深，怎么避开血管、神经等等。
再回到三维放疗计划：需由有资质物理师在放射治疗计划系统上设计、调整、评估高能射线在患者体内肿瘤和正常器官的剂量强度分布，使肿瘤得到致死剂量的打击，而正常器官得到非常好的保护。
如食管癌放疗，计划设计时就要达到癌症肿块照射剂量6000cGy，脊髓受量不能大于4500cGy，30%肺的体积受照剂量不能大于2000cGy，40%心脏的体积受照剂量不能大于3000cGy等；不经过精确的计划设计，精确放射治疗是不可能进行的。
计划系统和汽车一样，也有品牌和功能的区别。当前放疗行业内著名的品牌有：Raystation；Eclipse；Pinnacle。
在计划设计的过程中，物理师需要确定照射野的数量、角度（方向）、每个射野的贡献比例等等。严格意义上来说，进行计划设计的角色称作剂量师。
在计划设计的方法上，分为两大门派：正向计划设计和逆向计划设计。两大门派各有用武之地：正向计划设计主要用于常规放疗（二维放疗）和三维适形放疗的计划设计，主要原理是这样的：剂量师确定照射野的数量、角度、每个射野的权重以及准直器的角度等等，这些参数都确定好之后再由TPS计算出靶区和危及器官的受量，如果不符合要求再去调整相关参数。每个参数都是剂量师手工确定的，因此正向计划设计很考验一位剂量师的经验水平以及对射束剂量分布的理解。
逆向计划设计主要用于调强放疗的计划设计，他的原理是这样的：剂量师确定照射野的数量、角度，给定靶区和危及器官的目标值（优化条件），然后让计算机自己去求解照射野内子野的数量、形状以及权重等参数。因为目前基本上都是通过MLC来进行调强的，因此也就是让计算机去求解MLC的位置序列。这些参数都求解好之后，最后进行剂量计算，如果靶区和危及器官的剂量不符合要求，再调整目标值或者其他参数。整个过程，就像给定要求，让TPS自己去求解一些参数。
调强放疗技术是目前放疗技术的主力，因此计划设计以逆向计划设计为主。有的初学者调强计划做久了，忽然做一个适形计划可能会有些不适应。适形计划，如果非常熟了就会觉得简单
添加床结构，也就是将治疗床的模型添加到这个患者的计划中，目的是考虑治疗床对剂量计算（射束衰减）的影响。
添加床结构之后，确定坐标系原点，也就是找到定位环节贴的三个金标（参考中心），根据三个金标建立起坐标系。如果参考中心在靶区里面或者附近，可以将参考中心当做等中心（治疗中心）；如果离的比较远，就需要确定新的治疗中心，这种情况在治疗前需要进行复位。
等中心确定好之后，接下来布野（有的计划系统布野时会自动生成一个等中心），也就是根据靶区的位置和形状确定照射野的数量和角度。小规律：布野的一个原则是就近原则，尽量减少正常组织的照射。大多数调强计划常用的射野数为5-7个野，鼻咽癌的IMRT计划一般为9个野，射野角度有360º均分以及180º均分等方式，相邻野的夹角至少为30º。乳腺癌计划常采用切线野方式，布野比较考验剂量师的经验。
布野完成之后，对于IMRT的计划，接下来很重要的就是设置靶区和危及器官的目标值（优化条件），比如靶区要设置处方剂量对应的最小体积是多少，危及器官的最大剂量是多少等等。目的是靶区接受的剂量要足量，危及器官的受量尽可能得低。在设置优化条件上，不同的TPS有不同的技巧，主要是表示方法上不太一样。
目标值设置好之后，相当于把预期效果告诉了计算机，接下来由计算机（TPS）进行优化，得到优化结果之后，再进行剂量计算，也就是计算靶区和危及器官的剂量。
计划设计好之后，剂量师觉得没有问题，会让医生进行审核，计划审批之后，进行计划的传输和计划单打印。如果需要进行计划验证，再制作一个QA计划。
主要是理解每一步之间的联系和逻辑，对于计划设计，一个词说得很好：“熟能生巧”，所以经验是不断练习和总结出来的。
计划设计的目标，是要让肿瘤（靶区）接受足够剂量的照射，同时周围正常组织（危及器官）的剂量要尽可能低，也就是消灭肿瘤的同时，尽可能保护好正常组织。一个最理想的计划，是射线的能量全部沉积在肿瘤上，正常组织的受量为零，也就是“零本万利”，但理想毕竟是理想，现实中射线会不可避免地照射到正常组织，也就有了计划设计这场“博弈”。
在这场博弈中，一边是靶区的剂量尽可能高（而且尽可能均匀），另一边是正常组织的剂量尽可能低，也像是一场拔河，有时靶区的剂量满足要求了，正常组织的受量却太高；有时正常组织的剂量降下来了，但靶区的剂量也被拽下来了，所以在靶区和危及器官的受量之间找到一个平衡点很重要。有个说法：没有最好的计划，只有更优的计划，所谓优化就是这个思想吧，从众多的解（答案）中找出平衡（拿捏）得更好的那一个。
在优化时常用的一种方法是：先把靶区的目标值严格设置好，把危及器官的限制条件放得松一些，也就是先保证靶区接受足够的剂量，等到靶区的剂量满足要求了之后，再慢慢把危及器官的剂量往下压，就像是循序渐进。
在有的TPS里面（比如Eclipse），可以创建辅助结构，作用是协助剂量师将靶区和危及器官以外区域的剂量压下来，也像是建了一个个梯子，让剂量能够落下来。
放射治疗计划系统（Treatment Planning System, TPS）是医学物理师设计照射几何构型、优化剂量空间分布并完成临床剂量学评估的专用核心计算平台。其内部由六大核心功能模块协同构成：（1）医学影像导入与空间配准模块：支持 DICOM 3.0、DICOM-RT 协议解析，实现定位 CT、多序列 MRI 及 PET 图像的高精度刚性/弹性形变融合；（2）解剖轮廓勾画模块：提供阈值分割、水平集算法及深度学习自动勾画工具，用于界定靶区（GTV/CTV/PTV）及危及器官（OAR）的三维封闭多边形轮廓；（3）三维射束几何配置模块：配置直线加速器等中心空间坐标、射野角度（机架角、准直器角、床转角）、次级铅门开口边界及多叶准直器（MLC）初始叶片分布；（4）物理剂量计算引擎：作为 TPS 的核心算力内核，依托加速器出厂建模测定的射束模型数据（包含水箱实测 PDD、Profile、散射因子及机头漏射线谱），结合患者 CT 图像中基于 HU 标定的相对电子密度（Relative Electron Density, RED）转换曲线，调用笔形束卷积（PB）、各向异性分析算法（AAA）、塌陷锥卷积叠加（CCC）或蒙特卡洛（Monte Carlo, MC）算法精确计算三维空间吸收剂量网格；（5）计划评估与临床质量审查模块：生成高分辨率等剂量面、剂量体积直方图（DVH）及剂量统计学指标，评估是否达到临床处方要求；（6）数据归档与 OIS 导出模块：将通过审核的最终计划编译为标准 DICOM-RT Plan 与 RT Dose 文件，通过局域网安全推送到放疗信息管理系统（如 Varian ARIA、Elekta MOSAIQ）等待加速器联机执行。
【精品】2019计划大赛Raystation系统计划设计经验分享。如何使用Raystation的MCO做出一个满意的临床计划
“2017 Radiotherapy Plan Competition”计划设计分享--XiO TPS
【计划设计】肺癌SBRT-VMAT计划设计经验分享
【计划设计】运用正向调强技术进行乳腺癌保乳术放疗计划设计。乳腺癌电子加量 (boost) 治疗计划的设计
【分享】乳腺癌放疗中 ST、HT、AMAROS 照射野的设计方法及临床可实施性的探讨。一例全脑全脊髓调强放射治疗计划设计的方法。基于 Oncentra 计划系统的宫颈癌插植后装放疗计划设计经验分享
知识计划与人工智能
知识计划从历史病例学习剂量分布先验，深度学习可以直接预测三维剂量，但都需要严格的质控与外部验证。
TPS，中文名：治疗计划系统，是物理师（剂量师）进行计划设计的工具。TPS的江湖里，有几位侠客，一起来看看：
跟大孔径CT一起，是Philips推出的很经典的作品，拥有比较多的用户。
有的初学者觉得Pinnacle里面的脚本功能很好用。
一般跟自己家的直线加速器和Aria（肿瘤信息管理系统）一起运行。而且有的版本还会配置自动计划（RapidPlan模块），部分危及器官支持自动勾画。
配置的算法为AAA或者AXB，版本不断在升级和迭代。
Monaco采用的算法是剂量界的金标准：蒙卡算法，计算精度高，不过速度较慢。
Monaco里面的几大函数，刚接触的初学者可能会觉得云里雾里。Monaco主要是跟自己家的直线加速器、MOSAIQ（肿瘤信息管理系统）一起协同运行。
Raysearch家的Raystation。放疗软件是Raysearch家的主要业务。
作为第三方计划软件，跟Pinnacle相比，Raystation像是TPS江湖的一个新秀，更像是“前浪与后浪”的关系。作为新秀，自有他独特的地方，自动计划和脚本功能是他的一大特色。
RayStation 提供了高度现代化且符合人体工程学设计的用户交互界面。
曾是CMS推出的计划系统，后来被Elekta收购。
FonicsPlan支持三维适形放疗、调强放疗以及电子线等计划设计。一般配合着新华医疗的直线加速器。
作为影像设备领域的后起之秀，联影医疗的发展速度很快，在放疗设备和软件方面也有作品。
URT-TPS采用卷积+ 蒙特卡洛算法，支持自动勾画和自动计划模块。搭配CT-Linac，主要的一个优势是自适应放疗（ART）。
雷泰（LinaTech）起初主要生产放疗设备相关部件，比如外置多叶光栅（MLC）、TPS、EPID等，目前也推出了自己的直线加速器。TPS主要与自家的MLC搭配使用，采用蒙卡算法，支持3DCRT、IMRT、SRS/SBRT等计划的设计，也有自动勾画功能。
拓能（Topslane）也生产外置多叶光栅（MLC），临床上该系统广泛用于三维适形与调强放疗计划设计，肺、脊髓等支持自动勾画，一般是先自动勾画，然后再适当修改，确实省了些时间。
自动勾画和自动计划方面是连心医疗的特色。AiPlan采用蒙卡和CCC+剂量计算引擎。
大图也是以放疗软件为主：自动勾画，医生工作站，放疗信息管理系统等。
采用蒙卡算法和卷积叠加剂量算法，支持外照射和内照射计划设计，支持自动计划设计模块。
除上述主流系统外，国内自主研发的放疗计划系统还包括：东软的NEU-PROPS、大恒的STAR-2000、海博的Neptune 3D-RTPS-A、天科信达的HW-Plan、富科思的XTR-2000A等等，有的是跟自家的硬件搭配，有的是以软件为主。工程实践中学识有限，只能先介绍到这里了。
中国医学科学院肿瘤医院放疗科放疗物理师。中国生物医学工程学医学物理分会放射物理专委会委员。北京医学会放疗分会泛京津冀食管肿瘤多中心专业协作组委员。腹部恶性肿瘤（如原发性肝细胞癌、胰腺癌、腹膜后软组织肉瘤）因周围密布放射敏感性极高的危及器官（十二指肠、胃、小肠、脊髓、肾脏），且受膈肌呼吸运动位移剧烈（肝脏运动幅度可达 10～30 mm），其计划设计具有极高的物理挑战性。核心设计规范包括：（1）严格的运动管理前提：必须联合采用 4D-CT 扫描明确肿瘤运动轨迹，配合个体化腹部加压板或主动呼吸控制（ABC）系统将肿瘤运动控制在 5 mm 以内；（2）射野几何配置策略：推荐采用多野固定调强（9～11野 IMRT）或双弧/多弧容积旋转调强（VMAT），避免射束直接自前后方向穿透脊髓与小肠，射束入射角应尽量避让对侧正常肝实质与双肾；（3）危及器官严苛限量控制：胃与十二指肠最大点剂量必须严格控制在 Dmax < 54 Gy（SBRT 模式下 3 分次时 Dmax < 30 Gy），小肠 Dmax < 52 Gy，全脊髓 Dmax < 45 Gy；（4）正常肝组织（Normal Liver）体积剂量保护：正常肝体积减去 GTV 体积后的绝对体积必须保证至少有 700 mL 受照剂量 < 15 Gy，平均肝剂量（Mean Liver Dose）控制在 < 28～30 Gy 以彻底规避放射诱发性肝病（RILD）；双肾 V20Gy < 30%，平均肾剂量 < 15 Gy。
人工智能（AI）在放射治疗计划系统中的应用已从辅助自动化跃升为全流程智能化赋能，核心技术体系包括：（1）基于知识的放疗计划（Knowledge-Based Planning, KBP）：以 Varian RapidPlan 为代表，利用大样本历史优质放疗计划数据库训练主成分分析（PCA）与多元回归模型，将新患者的靶区解剖几何特征、危及器官空间拓扑重叠体积（Overlap Volume Histogram, OVH）作为输入，精准预测该患者危及器官在物理上所能达到的理论最优 DVH 下限包络，自动转化为逆向优化目标函数与权重参数，使初级物理师也能一键生成资深物理专家水准的高质量计划；（2）深度学习端到端剂量分布预测：利用三维卷积神经网络（3D U-Net、ResUNet）或生成对抗网络（pix2pix3D、CycleGAN），直接从规划 CT 图像及勾画好的轮廓二值掩膜中学习复杂的辐射输运映射规律，在数秒内直接推理输出全空间三维剂量网格矩阵；（3）剂量到机器执行参数的反演转换：结合强化学习（RL）算法，将预测的三维剂量分布直接转换为多叶准直器（MLC）各时序叶片运动轨迹、机架旋转速度与剂量率动态调制曲线，极大缩短了复杂的逆向优化迭代耗时，为当前在线自适应放疗（Online ART）在 10～15 分钟内完成即时再计划提供了核心算力支撑。
一起交流
分享你的思考，让讨论更进一步。