计划评估与剂量分布审核

放射物理与精准放疗工程 · 第 9 卷 / 共 11 卷

从 DVH、等剂量曲线到 ICRU 83 与 QUANTEC

本卷导读

围绕计划放行前的剂量学审核，讲解 DVH、等剂量曲线、适形度与均匀性指数、ICRU 83 量化指标、QUANTEC 器官限值与 SRS 正常脑组织受量控制。

知识结构

1. 剂量学指标与 DVH 判读
2. 适形度、均匀性与空间审核
3. ICRU 83 与器官耐受剂量
4. SRS 正常脑组织受量控制

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剂量学指标与 DVH 判读

计划评估把处方剂量、靶区覆盖与危及器官受量放在同一张审核表上。DVH 提供体积-剂量关系，等剂量曲线补充空间位置，CI 与 HI 则把适形度和均匀性压缩为可比较的指标。

物理师（剂量师）计划设计完成后，接下来需要医生来进行计划评估，也称作计划审核，也就是看一下设计出的计划是否符合要求，如果不符合要求，物理师再修改计划；如果符合要求，将进入下一步。

既然是评估，那就要有标准和原则：什么是好，什么是不好，总不能凭感觉吧……。对于计划评估的标准和原则，也离不开放射治疗的目标：尽可能消灭肿瘤，同时尽可能保护好正常组织，因此要求靶区的剂量尽可能高，同时危及器官的剂量尽可能地低（尽可能往下压）。

评估靶区的受量是否符合要求，是否接受了足够剂量的照射（比如常说的一个要求：100％的处方剂量至少包绕95 ％的靶区体积）；评估危及器官的受量是否在可接受的范围内，尽可能地降低损伤（比如双肺的要求：V20＜30％；V30＜20％；脊髓的受量要求：Dmax＜4500cGy）。

计划评估也要借助工具，比如点击率很高的DVH，中文名：剂量体积直方图，表示剂量和体积的关系。从DVH中，可以看到靶区和危及器官的最大剂量是多少，最小剂量是多少，接受某一剂量的照射体积是多少，根据这些参数，再结合临床的剂量要求（剂量限值），来评估计划的好坏。

DVH很强大，但也有个软肋：从剂量体积直方图中，看不出最大剂量点或者最大剂量点位于肿瘤和正常组织结构的哪个位置，也就是缺乏空间位置信息，因此就需要用到另一个工具：等剂量曲线，剂量相同的点连成的线，有点类似于等高线，等剂量曲线刚好弥补了DVH的不足。

除了DVH和等剂量曲线，计划评估时还会结合两个参数：CI（适形度指数）和HI（均匀度指数），以此评估适形度和均匀性。

在放射治疗中，我们依靠放射线来对付肿瘤：将射线携带的能量投放到肿瘤上，从而杀灭肿瘤。但射线在前往肿瘤的路上以及离开肿瘤的途中会经过正常组织，也会投放一定的能量，因此会不可避免、多多少少地照射到正常组织，从而损伤正常组织。

因此给这次行动确定了一个目标：在消灭肿瘤的同时，要尽可能保护好正常组织，尤其是肿瘤周边的危及器官（所谓危及器官，可以理解为很重要的正常组织，误伤了他们之后会有很严重的后果）。

对于这个目标，用专业术语来说，就是要提高放疗增益比：尽可能地提高肿瘤的局部控制率（TCP），同时尽可能地降低正常组织并发症的概率（NTCP）。为了实现这个目标，就要想方设法把肿瘤组织的剂量提上去，同时把正常组织的受照量压下来。

围绕着这个目标，就有了放射治疗技术的升级和更新。

既然是要提高肿瘤的受照量，降低正常组织的剂量，那就得在进行计划设计时，能够计算出肿瘤和正常组织的受照剂量，也就是知道他们受到的照射剂量是多少。为了计算，就有了算法家族。

通过剂量计算，得到了正常组织和肿瘤的受照剂量，这时就要去评估，也就是看一下设计的进攻方案是否符合要求，在符合要求的前提下，能不能得到一个更好的计划。为了评估计划，DVH就准备运行了。

DVH：Dose and Volume Histogram，中文名：剂量体积直方图，是放射治疗计划系统中很重要的一个成员。

剂量体积直方图，从名字中可以看出来，表示的是剂量与体积的关系，通俗些说，就是多少体积的组织受到了多高剂量的照射，比如常说的肺的V20，是指受到20Gy（格瑞，吸收剂量的单位，等于2000cGy）剂量照射的肺体积有多少。再比如肺的D20，则是20％体积的肺组织所接受的照射剂量有多少。

临床中，我们一般会习惯使用V20、V30等参数。在Eclipse计划系统中，可以使用临床协议以表格的形式表示危及器官和靶区的受量情况，这种表示方法更加直观（不用再在DVH里一个个去看），临床协议使用D20、D30、D95的表示方法。

DVH是一个很重要的计划评估工具，在进行优化和剂量计算之后，可以通过DVH来评估计划的好坏，如果不符合要求，要重新优化，重新进行剂量计算，同时可以对不同的计划进行比较，挑选出更优秀的计划。

在DVH中，除了得到组织的受照剂量与体积之间的关系，还可以得到平均剂量、最大剂量、最小剂量等参数。

对于并联器官，比如肺、心脏、膀胱等，我们关心的是受到某一剂量水平照射对应的体积有多少。比如V20、V30、V40、V50等。

而对于串联器官，比如脊髓，则更关注的是最大剂量是多少（Dmax），就像木桶理论中的短板。

对于靶区，则要求至少95％的体积接受处方剂量的照射，同时靶区内剂量分布尽可能均匀（比如热点不超过处方剂量的110％）。

在计划评估中，除了DVH，还会借助等剂量曲线，因为DVH有个软肋：不具有空间位置信息，也就是不知道某一剂量对应的位置在哪，比如不知道冷点在哪、热点在哪，而等剂量曲线刚好可以弥补他的不足。

适形度、均匀性与空间审核

适形度描述处方剂量体积与靶区体积的重合程度，均匀性描述靶区内剂量离散程度。两者必须结合冷热点位置与等剂量曲线共同判断。

在放射治疗物理计划评估中，等剂量曲线（Isodose Curves）与剂量体积直方图（DVH）构成了互为补充、不可偏废的黄金评估搭档。DVH 能够精确量化特定组织接收特定剂量的体积百分比（如 V20Gy、V50Gy、Dmax、Dmean），但其最大的固有局限是完全剥离了剂量分布的空间几何解剖位置信息。而等剂量曲线将三维空间中吸收剂量相等的点在解剖断层切片上连结成闭合轮廓线（类似地形等高线），直观立体地揭示了照射剂量的真实空间分布规律：物理师可借此迅速排查高剂量区域（热点，Hot Spots，通常定义为 > 105%～110% 处方剂量）是否偏离靶区而落在脊髓等危及器官上，或靶区内部是否存在剂量欠覆的低剂量冷点（Cold Spots，< 95% 处方）。物理师结合等剂量面立体分布可直接计算适形度指数（Conformity Index, CI）与均匀性指数（Homogeneity Index, HI），当发现局部解剖区域剂量偏高或外溢时，可在计划系统中通过添加虚拟辅助控量结构（Avoidance Structures / Rings）对逆向优化算法施加局部剂量惩罚约束，从而实现对剂量场梯度的精确空间雕刻。

ICRU 83 与器官耐受剂量

ICRU 83 把 D98%、D2%、V95% 等指标纳入统一报告框架。QUANTEC 则给出常见危及器官的剂量-体积限值。

随着数据处理及计算能力的快速发展，精确放疗计划系统在整个放疗流程中的作用逐步提高，在使肿瘤靶区的剂量得到保证的前提下，能让危及器官的剂量越来越低，使射线入射的方向、强度更加合理，一个资深物理师会设计出非常好治疗计划，但是怎么算好？是有一系列参数、指南等数据支持的，需要权威的方法，翟福山主任在北方协作组大会上的精彩报告给出了非常全面的解释！各种技术、各种方法！谢谢翟主任的分享！

放射治疗外照射物理计划综合评估是放疗物理师在将计划移交临床主管医师执行签字前的最终技术质控把关，必须依据 ICRU 83 号报告建立多维度量化评估表：（1）靶区处方剂量覆盖率准则：要求处方剂量线（100% 处方）必须至少包络 95% 以上的 PTV 体积（即 V100% ≥ 95%）；靶区内超过 110% 处方剂量的高剂量体积严禁出现在靶区外正常组织内，在靶区内部也应控制在合理局部区域；（2）适形度与均匀度量化指标核查：计算适形度指数 CI（Paddick 公式：CI = (TV_pv)² / (TV × V_RI)，理想值为 1.0，合格要求通常 ≥ 0.75～0.85）；计算均匀性指数 HI（HI = (D2% - D98%) / D50%，HI 越趋近于 0 剂量越均匀）；（3）正常危及器官（OAR）剂量限值强制性审查（遵从 QUANTEC 权威指南）：（a）串联器官（Serial Organs）：脊髓最大受量 Dmax < 45 Gy（PRV 脊髓 < 50 Gy），脑干 Dmax < 54 Gy，视神经视交叉 Dmax < 54 Gy；（b）并联器官（Parallel Organs）：双肺 V20Gy ≤ 28%～30%，全肺平均剂量 MLD ≤ 16 Gy；双侧腮腺至少一侧平均剂量 < 26 Gy 或双侧平均 < 32 Gy；心脏平均剂量 < 15～20 Gy，V30Gy < 40%；肝脏平均剂量 < 28 Gy；（4）射野参数与机器物理可执行性核查：检查各射野总跳数（MU）与子野数是否出现异常畸高（提示过度调制导致验证通过率下降），检查多叶光栅（MLC）相邻叶片是否存在碰撞或极限跨野越界，确保物理计划在直线加速器上安全平稳投照。

SRS 正常脑组织受量控制

单次立体定向放射外科的正常脑组织受量以 V10Gy、V12Gy 等体积指标控制放射性脑坏死风险，需要结合病灶大小与位置判断。

临床研究的进展以及医学科技发展已越来越清晰的证明，像治疗脑部良性肿瘤一样，立体定向放射外科（SRS）已成为脑转移和复发性胶质瘤的有效治疗方法，经典方法有GammaKnife以及CyberKnife技术。

当前随着机械剂量精度提高、CBCT等影像系统的成熟应用、计划系统优化计算能力的日益强大、无框架体位固定的开发等各个技术环节的精确控制，已有许多放疗中心采用C形臂加速器开展SRS治疗。

基于放射线的特点，射线肯定会对正常脑组织造成损害，如果超出一定数值，将会产生严重毒副作用，产生认知障碍；对于SRS的正常器官和靶区剂量限值，当前行业通常参照AAPM TG101号报告和Quantec指南。

Quantec建议评估正常脑组织12Gy剂量所包括脑体积，V12Gy:5-10cc；TG101没有相应内容。

学习文献，尝试回答工作中医生和物理师总在问的一个问题：脑转移瘤，单次SRS，脑组织的剂量限值。

作者比较认同文献："IRRADIATED VOLUME AS A PREDICTOR OF BRAIN RADIONECROSIS AFTERLINEAR ACCELERATOR STEREOTACTIC RADIOSURGERY"的观点；将V10和V12均作为评估参数；此文发表于Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 一、根据文献研究结果，单次SRS，脑转移瘤，正常脑组织剂量限值：

二、根据文献结果，放射性脑坏死（Radionecrosis）。V10Gy超过14.5cc，V12Gy超过10.8cc的发生率为68.8%，会明显增高；因此这两个数据根据实际情况也可以做为评估值。三、如果V10Gy和V12Gy体积超出上述数据，医生根据病情可以考虑改变分次数。

IRRADIATED VOLUME AS A PREDICTOR OF BRAIN RADIONECROSIS AFTERLINEAR ACCELERATOR STEREOTACTIC RADIOSURGERY。文献主要资料：125个患者，平均病灶数目2.5个，平均剂量18Gy（12-22Gy），最常见的部位是额叶，其次是顶叶，多数来源于肺癌转移和乳腺癌转移。直线加速器治疗。

根据组合方式诊断放射性脑坏死，包括序列MRI扫描、MRS光谱和组织学。

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附录：计划审核的量化速查

DVH 的数学定义

设剂量分布为$D(\mathbf{x})$，结构体积为 $V_S$。微分 DVH 定义为剂量落在区间 $[D, D+\Delta D)$ 内的体积：

$$\mathrm{dDVH}(D) = \frac{1}{V_S}\int_{\mathbf{x}\in S} \mathbf{1}\{D(\mathbf{x})\in[D,D+\Delta D)\}\;\mathrm{d}V$$

积分 DVH（累积 DVH）表示接受至少$D$ 剂量的体积比例：

$$V(D)=\frac{1}{V_S}\int_{\mathbf{x}\in S}\mathbf{1}\{D(\mathbf{x})\ge D\}\;\mathrm{d}V$$

常用参数：

• $V_{x\,\mathrm{Gy}}$：接受至少 $x$ Gy 的体积百分比，如肺 $V_{20}$。
• $D_{x\%}$：覆盖 $x\%$ 靶区体积的最小剂量，如 $D_{98\%}$、$D_{95\%}$、$D_{2\%}$。
• $D_{\max}$、$D_{\min}$、$D_{\mathrm{mean}}$：结构内最大、最小与平均剂量。

适形度与均匀性

Paddick 适形度指数适用于靶区与处方剂量体积不完全包含的情形：

$$\mathrm{CI}_{\mathrm{Paddick}}=\frac{\left(TV_{PIV}\right)^2}{TV\times PIV}$$

其中$TV_{PIV}$ 为靶区与处方等剂量体积的交集，$PIV$ 为处方等剂量体积。取值越接近 1，适形度越好。

均匀性指数常用定义为：

$$\mathrm{HI}=\frac{D_{2\%}-D_{98\%}}{D_{50\%}}$$

也可写作$\mathrm{HI}=D_{5\%}/D_{95\%}$。不同机构采用的分位点不同，报告时必须注明定义，否则数值不可横向比较。

ICRU 83 报告要点

ICRU 83 针对调强放疗建议报告：

• 靶区：$D_{98\%}$、$D_{50\%}$、$D_{2\%}$，以及 $V_{95\%}$、$V_{107\%}$。
• 危及器官：$D_{\max}$、$D_{\mathrm{mean}}$，以及特定 $V_x$ 或 $D_x$。
• 同时注明处方剂量、归一化方式、剂量算法与网格大小。

QUANTEC 常用限值

器官	常用约束	说明
脊髓	$D_{\max}<45$–$50$ Gy	常规分次，具体取决于分次数
脑干	$D_{\max}<54$ Gy	常规分次
视神经/视交叉	$D_{\max}<54$ Gy	常规分次
腮腺	平均剂量$<26$ Gy	双侧腮腺，保留唾液功能
肺	$V_{20}<30\%$，$V_{5}<60\%$	同步放化疗时需更严格
心脏	$V_{25}<10\%$，$V_{30}<15\%$	依临床场景调整
肝脏	平均剂量$<30$–$32$ Gy	需结合基础肝功能
肾脏	双侧平均剂量$<18$ Gy	单侧肾功能代偿时另算
直肠	$V_{50}<50\%$，$V_{60}<35\%$	前列腺放疗常用

限值来自群体研究，不能替代个体化判断；再照射、联合系统治疗与基础疾病会显著改变耐受。

SRS 正常脑组织受量

单次立体定向放射外科常用$V_{10\,\mathrm{Gy}}$、$V_{12\,\mathrm{Gy}}$ 控制放射性脑坏死风险。病灶越大、位置越深，允许的正常脑组织低剂量体积越小。报告时应给出：

• 处方剂量与处方等剂量线；
• 靶区$D_{\min}$、$D_{\max}$、$D_{95\%}$；
• 正常脑组织$V_{10\,\mathrm{Gy}}$、$V_{12\,\mathrm{Gy}}$；
• 脑干、视交叉、听神经等串行器官的$D_{\max}$。

计划审核表

项目	记录内容	判定
处方与分次	总剂量、分次数、生物等效剂量	与医嘱一致
靶区覆盖	$D_{98\%}$、$D_{95\%}$、$V_{95\%}$	达到机构协议
热点	$D_{2\%}$、$V_{107\%}$	在允许范围
均匀性	HI 及其定义	注明公式
适形度	CI 及其定义	注明公式
串行器官	$D_{\max}$	低于限值
并行器官	$V_x$、平均剂量	低于限值
剂量算法	算法名称、网格、异质性修正	与机构标准一致
计划验证	Gamma 通过率、阈值	达到放行标准

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