X线束调强放射治疗的处方设计

X线束调强放射治疗的处方 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 X线束调强放射治疗的处方设计，治疗记录和报告 (调强放射治疗) 目录 序言…………………………………………………………………………………1 摘要…………………………………………………………………………………3 执行摘要……………………………………………………………………………5 1介绍….……………………………………………………………………………7 1.1调强放疗的概观…………………………………………………………..7 1.1.1由三维适形到调强的放射治疗……………………………..………….8 1.1.2调强放疗的传输………………………………………..……………….8 1.1.3调强放疗的临床应用范例…………………………………………..….9 1.2三维适形放疗和调强放疗的常见问题………………………………….11 1.2.1成像和4D自适应治疗………………………………………….……..11 1.2.2边缘和不确定性问题……………………………………………..……13 1.2.3辐射引发的继发性癌症……………………………………….….…....14 1.3本报告的目的及同现存的国际放射单位和计量委员会报告的关系….15.. 2调强放射治疗的优化处理………………………………………………………17 2.1介绍……………………………………………………………………….17 2.2三维适形和调强放射治疗系统的比较.............................................17 2.3优化处理的概述………………………………………………………….18 2.4目标函数的范例和通过迭代法优化的过程…………………………….20 2.5改进吸收剂量分布的迭代法搜索……………………………………….22 2.6小波和基于光圈的优化………………………………………………….24 2.7结合了生物学信息的优化……………………………………………….25 3调强放疗中关于吸收剂量和处方剂量体积特别注意事项和报告……………………….…..27 3.1ICRU参考点和参考剂量………………………………………………………….……….……….27 3.1.1点吸收剂量的常规报告……………………………………………………………….…………27 3.1.2剂量体积计算…………………………………………………………………………….…………27 3.2 2级调强放射治疗处方和报告…….………………………………….………………………….28 3.3现代治疗计划设计技术的影响……………………………………………………………………30 3.4关于OAR和PRV具体的剂量体积报告……………………………………………………….33 3.5每分数传输的治疗射野的报告……………………………………………………………………34 3.6治疗计划和传输的软件版本的报告……………………………………………………………..34 3.7关于最新技术和概念发展的三级报告………………………………………..………………..34 3.7.1剂量同性和剂量合适性……………………………………………………………………………34 3.7.2临床和生物学评价指标……………………………………………………………………………36 3.7.3恒相等剂量……………………………………………………………………………………………38 3.8可信距离的报告………………………………………………………………………………………..38 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 4.体积的定义…………………………………………………………………………………………………………41 4.1介绍…………………………………………………………………………………………………………..41 4.2全部肿瘤体积……………………………………………………………………………………………..42 4.3l临床靶区体积…………………………………………………………………………………………....44 4.4内靶区体积…………………………………………………………………………………………………46 4.5计划靶区体积……………………………………………………………………………………………..46 4.6危险器官…………………………………………………………………………………………………….49 4.7计划危险器官体积……………………………………………………………………………………….52 4.8治疗体积…………………………………………………………………………………………………….53 4.9残存危险体积………………………………………………………………………………………………53 5计划目标，处方和技术数据……………………………………………………………………………….....55 5.1介绍……………………………………………………………………………………………………………55 5.2计划目标……………………………………………………………………………………………………..55 5.3证明使用计划目标的特殊情况…………………………………………………………………………56 5.3.1在建成区和超出身体轮廓计划靶区体积的剂量规划…………………………………………57 5.3.2重叠的体积和冲突的计划目标………………………………………………………………………57 5.3.3残留危险体积中未料及的高剂量区……………………………………………………………….58 5.4治疗计划………………………………………………………………………………………………………58 5.4.1处方………………………………………………………………………………………………………….58 5.4.2技术数据……………………………………………………………………………………………………58 附录A:调强放射治疗的物理方面………………………………………………………………………………61 A1吸收剂量的计算…………………………………………………………………………………………… .61 A1.1光子相互作用和能量沉积过程……………………………………………………………………… 61 A1.2射线模拟…………………………………………………………………………………………………… 63 A1.3剂量算法…………………………………………………………………………………………………… 63 A1.4每机器跳数吸收剂量的算法………………………………………………………………………… 66 A2调试和质量保证………………………………………………………………….………………………… 66 A2.1治疗计划系统的调试………………………………………………………………………………….. 68 A2.2调强放疗传输系统的质量保证……………………………………………………………………… 69 A2.2.1常规多叶准直器传输系统…………………………………………………………………………. 69 A2.2.2二进制多叶准直器传输系统……………………………………………………………………… 73 A2.3特殊病人的质量保证………………………………………………………………………………….. 75 A2.3.1单束射线的强度测量……………………………………………………………………………….. 76 A2.3.2虚伪吸收剂量的测量……………………………………………………………………………….. 76 A2.3.3独立吸收剂量计算…………………………………………………………………………………... 77 A2.3.4体内测量……………………………………………………………………………………………….. 78 A2.3.5保证吸收剂量传输准确性的建议……………………………………………………………….. 79 附录B:临床例证…………………………………………………………………………………………………….. 83 B1案例1.跨声门型喉鳞状细胞癌……………………………………………………………………….. 83 B1.1 临床表现………………………………………………………………………………………………….. 83 B1.2治疗目标………………………………………………………………………………………………….. 83 B1.3病人定位和图像采集………………………………………………………………………………….. 83 B1.4目标体积…………………………………………………………………………………………………… 84 B1.4.1全部肿瘤体积…………………………………………………………………………………………. 84 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 B1.4.1临床靶区体积…………………………………………………………………………………………. 84 B1.4.3计划靶区体积…………………………………………………………………………………………. 84 B1.4.4危险器官和计划危险器官体积…………………………………………………………………… 84 B1.5计划目标…………………………………………………………………………………………………… 85 B1.6治疗计划系统和治疗单位……………………………………………………………………………. 85 B1.7处方…………………………………………………………………………………………………………. 85 B1.8质量保证…………………………………………………………………………………………………… 86 B1.9剂量报告…………………………………………………………………………………………………… 87 B2案例2.肺鳞状细胞癌…………………………………………………………………………………….. 87 B2.1临床表现…………………………………………………………………………………………………… 87 B2.2治疗目标…………………………………………………………………………………………………… 87 B2.3病人定位和图像采集………………………………………………………………………………….. 87 B2.4目标体积…………………………………………………………………………………………………… 88 B2.4.1全部肿瘤体积…………………………………………………………………………………………. 88 B2.4.1临床靶区体积…………………………………………………………………………………………. 88 B2.4.3计划靶区体积…………………………………………………………………………………………. 88 B2.4.4危险器官和计划危险器官体积…………………………………………………………………… 88 B2.5计划目标…………………………………………………………………………………………………… 89 B2.6治疗计划系统和治疗单位……………………………………………………………………………. 89 B2.7处方…………………………………………………………………………………………………………. 90 B2.8质量保证…………………………………………………………………………………………………… 90 B2.9剂量报告和计划评价..………………………………………………………………………………… 91 B3案例3.前列腺癌……………………………………………………………………………………………. 91 B3.1临床表现…..……………………………………………………………………………………………… 91 B3.2治疗目标…………………………………………………………………………………………………… 91 B3.3病人定位和图像采集………………………………………………………………………………….. 91 B3.4目标体积…………………………………………………………………………………………………… 91 B3.4.1全部肿瘤体积…………………………………………………………………………………………. 91 B3.4.1临床靶区体积…………………………………………………………………………………………. 91 B3.4.3计划靶区体积…………………………………………………………………………………………. 91 B3.4.4危险器官和计划危险器官体积……………………………………………………………………91 B3.5计划目标…………………………………………………………………………………………………… 91 B3.6治疗计划系统和治疗单位……………………………………………………………………………. 91 B3.7处方…………………………………………………………………………………………………………. 92 B3.8质量保证…………………………………………………………………………………………………… 92 B3.9剂量报告………………..………………………………………………………………………………… 92 参考来源……………………………………………………………………………………………………………….. 93 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 前言 为了根除或控制恶性疾病而使用放射治疗导致正常组织和恶变组织同时被辐射和损失。当给予病变组织相对于正常组织较高剂量辐射时，获得了明显的治疗优势。即正常组织受到更少的辐射，降低了并发症的可能，同时，提高了恶变组织相对于正常组织辐射反应的吸收剂量，即一种更优化的治疗方式。 或者说，这种方法代表了各自所指示的治疗优势。这些治疗策略的根本是了解所有被照射的正常和恶变组织的三维定位信息，以及传输带有类似空间准确性的吸收剂量的能力。进一步说，在治疗计划中，对恶性肿瘤的辐射反应和微观疾病扩散的三维定位的认知是非常重要的。这些方面和影像科学最近的优势为调强放射治疗的实施创造了条件。在过去的10到20年间，影像科学快速发展，因此带有高分辨率的解剖细节可以通过非侵入性的手段获得，同时，可以提供越来越多的关于组织生理学的信息。现代多层轴向X线计算机-断层扫描(CT)技术可以获得任何解剖区域的三维观，这些影像带有高空间和时间分辨率。所产生的毫米级的解剖信息的像素也可以被直接联系到组织的包含了所有完善的放射治疗计划所需要的散射，衰减，吸收放射性信息的物理性质上。除了获得来自CT检查的详细解剖信息，将使用正电子发射核素例如被标记的被纳入失踪剂的氟18的三维正电子放射断层扫描的CT机合并使用，会获得毫米级分辨率的具有时间依赖性的新陈代谢的图像信息。这种精细的，迄今为止难以获得的信息对疾病的评价，肿瘤的分级和治疗计划的制定具有巨大潜在价值。 这些促使治疗计划获得直接发展和在多方向治疗传输得以实现的影像学上的进步在十年前是没有被预料到的。因为吸收剂量计算器很大程度上依赖卷积\叠加技术，目前的治疗计划系统直接使用辐射能量沉积产生的三维数据集合。兆伏级的光子束，特别是准确和高分辨率的三维剂量图成为了现实。这些剂量计算工具已经被加到尖端的治疗计划优化算法上面了。 前述的优势构成了本报告的目标，即调强放射治疗。已经存在好几种实施调强放射治疗的技术，都使用多重的，空间的，小的放射小波束，并往往从不同强度上，多个方向上被实施。在一些案例中，扇形束同样包含多个可变强度的小波束，这种扇形束按照类似CT设备所产生的圆柱状对称旋转方式被实施。这些发展的直接结果是任意创建毫米级分辨率的吸收剂量三维分布的能力。非常陡峭的吸收剂量梯度存在于这些分布中。所有的这一切造就了传输同靶区体积高度适形的三维吸收剂量分布图和对所选正常组织同步回避的能力。在这种方式中，精确度和准确的治疗得以通过在恶变质中相对于正常组织的高剂量率来实现。有趣的是，这些技术通常应用于较低的吸收剂量和更大的正常组织。在一些案例中，正常组织全部的能量沉积(通常叫做积分吸收能量)多于常规治疗技术中的能量沉积，提高了潜在的致癌危险的关注。 调强放疗的过程，有效的创造了大量的可获得的治疗计划的自由参数的数据，但是，当且仅当连同使用计算机优化治疗计划技术时，该技术才可以被有效的利用。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 合适的优化算法使得使用者得以对那些获得的毫米级分辨率的三维吸收剂量分布图进行具体化。优化处理器产生了一系列的估算的参数值，这些值可以用来获得期望的预设保真度的分布图。这些算法现在已经非常精确，而且有时包括组织反应的很多方面，例如并发症和细胞杀伤概率。 当前的报告大体上讨论了关于调强放射治疗的所有的方面。为了展现从常规外射线治疗到这种截然不同的调强放射治疗技术的发展路径，科学家付出了特殊的努力。ICRU之前的报告已经系统的讨论了不同放射模式(例如ICUR第52,60,71和78号报告)的治疗方法和治疗规范。但是，由于对非凡的带有陡峭剂量梯度的三维剂量吸收分布图的控制，调强放射治疗需要新的标准来适应计划，处方，报告和记录。特别的，剂量体积直方图的应用是必须的。对吸收剂量的特殊性来说，出于历史和比较的目的，点剂量的使用被保留下来。复杂和有些高深莫测的优化算法的应用将要被讨论。调强放疗增强的功能同样考虑并要求扩展和延伸至过去ICRU的建议。这些考虑的例子包括连同剂量均匀性的新测量措施和在期望靶区体积中的剂量适合度的多重靶区体积。剂量体积直方图在处方，记录和报告中的使用成为了本文的侧重点。 本报告同样包括一些临床案例所反应的建议文件和对需要为了调强放疗而进行的质量保证的讨论的附件。调强放疗复杂的本质需要合适的记录来评估和改善临床结果。这种措施，在一定程度上增加了许多商业优化系统的未知的本质。输入的参数值和参数范围也许会被指定，但用户不一定能够观察到优化过程的确切本质。对于一些非线性的优化方法，不同的起始条件可以轻易的导致不同的最终结果～因此，报告和质量保证成为最重要。 最后，调强放疗已经并将要继续为外部照射恶性病变的治疗带来巨大的变化。治疗过程，吸收剂量的增高手段，治疗效果的提高和调强放射治疗方法扩展并应用到到其他放射治疗模式中的可能性都将要发生确定的巨大变革。我们期望这份报告将作为了解调强放疗复杂性和实施调强放疗的未来可能性的坚实的基础。 保罗?德卢 丹?琼斯 莱因哈德.葛宝尔 戈登?惠特莫 安德烈.宛波瑟尔 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 摘要 影像学技术的快速发展，包括功能成像，已经推动了三维放射治疗的新方法的实施，例如带有前所未有精度的调强放射治疗。通三维适形放疗相比较，调强放疗可以提高同正常组织相比的靶区体积的吸收剂量，或者降低同肿瘤组织相比的正常组织的吸收剂量，提高了肿瘤的空置率或正常组织的合并症(并发症)率。调强放疗由多重小波顺序等中心传输完成，典型的非均匀强度，可以产生非常陡峭的剂量梯度。为了规范吸收剂量而使用的剂量体积直方图，已经成为了一种固有的治疗模式。对确保精确的剂量传输的治疗计划系统的要求使得复杂的迭代优化过程的应用成为必须。从成像到治疗的全部治疗过程的严格的精度要求意味着严格的调试和质量保证过程的实施。当前的报告提供了为了使技术和过程标准化和在可能的情况下协调其他方法产生的处方，记录和调强放疗报告所需要的信息。 在其他关于放疗的ICRU报告中适用的概念和建议当需要的时候也会被引用和拓展。调强放疗的临床案例被用来证明那些记载于本报告中的处方，记录和报告的建议。当前，报告描述了一些调强放疗上的物理，技术，治疗计划和临床方面的细节，这将会成为目前从业人员的一个有用的参考，而且还应该提供给新的和潜在的用户，同样，包括其他感兴趣的读者，让他们能够了解相关技术和实施调强放疗的要求。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 执行摘要 调强放射治疗的出现正在快速的改变着外照射治疗领域。使用基于电脑的优化技术让调强放疗更加适应用户指定的吸收剂量和限制于指定目标体积和正常组织中的剂量体积，调强放疗产生了可以被设定的三维剂量分布。在关键危险器官中的吸收剂量的降低，所以针对性极强的区域可以暴露在较高的造成相同正常组织毒性的辐射水平下。利用调强放疗，根治和姑息治疗的优势都是很明显的。当肿瘤相对正常组织所获得的吸收剂量改善后，历史记录很大程度上显示了提高的肿瘤控制率和降低的发病率。 调强放疗需要对可变的基于三维体积成像所形成的解剖体积的精确的选择和划定。而且，治疗计划系统必整合所有可变的成像方法，包括为计划而设的功能成像，不仅仅是在治疗开始之前，同样在治疗之中，我们可以让吸收剂量分布随着希望和可能改变的目标体积的改变而改变。全部肿瘤体积的概念和临床靶区的概念依然至关重要。全部肿瘤体积通过使用临床(身体检查)，解剖(CT或MRI)和\或功能成像(功能MRI，PET)方法的三维基础划定。调强放疗轻松容纳了所划定的范围和多重GTV野联合治疗。在治疗开始之前，同时，在不同的治疗时间，GTV野都可以被划定。但是，所使用的命名法应通过使用各种注释清楚的反映存在各种不同GTV的可能性。术语的使用，例如生物目标体积，增生目标体积和缺氧目标体积，在这份报告中并没有被讨论和建议。 对于间接致电离子束，例如光子，调强放疗通过多重非均匀强度小波等中心旋转获得，有效的调强放疗治疗计划是非常需要的，通过基于患处三维图形的迭代方法来实现。这些方法需要传统的ICRU处方，记录和被引用和扩展的治疗报告的建议。这部报告详细的讨论了这些建议。特别重点被放置于在报告和记录中的剂量体积直方图的使用上。 该报告建议治疗恶变肿瘤时，CTV应该同GTV紧密联系起来。在术后放疗中，经常只有CTV被划定。CTV的选择应该基于对肿瘤浸润到周围正常组织和/或节点的微观概率的了解，CTV的划定应该出自对肿瘤浸润和传播解剖学路径的了解。 在调强放疗中，未被划定的器官或者结构会接受到显著的吸收剂量的照射。勾画危险器官的轮廓是控制正常组织吸收剂量的第一步，这一步也许会造成不可接受的并发症。对于所谓的平行状器官，全部的器官应该被完全划定。对于所谓的串行状器官，部分器官应该一贯的方法被划定获得高剂量。对于肾小管类器官，例如直肠，对腔壁的划定优先于对整个器官的划定。特别对于一些串行器官，计划危险器官应该被围绕着危险器官划定。没有被包括在CTV中的组织或者没有被划定为剂量限定危险器官的组织应该被特别的划定，并被命名为残留危险器官体积。应用到危险器官体积的剂量体积的限制应该避免未料及的高剂量区。并且，RVR的吸收剂量应该对估算晚反应风险起到作用，例如癌变。 大量近期的出版物登载了PTV和PRV边界应该基于临床测量而划定的文章。这并不令人吃惊，这些结果显示系统的比随机的不确定性对传递给病人的吸收剂量的精确性产生了更大的影响。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 这份报告强烈建议边当划定PTV或者PRV边界时，缘器官不应该被牵连，甚至在那些可能侵犯OAR或者CTV体积的位置。而且，报告阐述了优化技术，伴随着PRV中剂量的减少，这种优化技术可以获得在PTV中的吸收剂量的均匀状态。调强放疗治疗计划程序使用了复杂的基于计算机的迭代优化方法。所谓的优化系统将放射肿瘤科医生的治疗目标转换为一组为交付计划系统而指定强度和方向的小波束。报告将治疗目标集合划定为“计划靶区目标”，从而来同“处方”进行区分。一个详细的案例被用来引道这种论述。 不像三维适形治疗，调强放疗并不同时在所有的目标靶区体积中传输吸收剂量。因此，调强放疗传输给运动的器官器官，例如肺，或者传输给那些体积变化或者分数位置变化的器官，而且可以在CTV中可以产生高低剂量吸收区，即使一个较大的PTV边界已经被划定。因为可以获得产生高剂量梯度的调强放疗，因此这种挑战相对于调强放疗来说，比常规放疗技术更加重要。另外，OAR的剩余也许会引入在PTV中的非均匀性的区域。调强放疗已经获得成功，因为它可以获得更低的剂量来逼近敏感的正常组织，即使它有时候会导致对于肿瘤更少的剂量同性。虽然在正常组织中的吸收剂量也许会低于三维适形放疗中的，但是它可以被分布于更加大的体积中。 在此报告中，关于吸收剂量报告的建议是从以前的ICRU建议演变过来的，同时试图保留与以前的建议的关系。剂量报告建议被引用到调强放疗，并且被用来改变技术的发展，例如剂量体积直方图，并且因此可以使得几十年的在常规治疗中的临床经验在调强放疗的文章中被解释。从单点到基于体积吸收剂量规格的移动是可能的，因为现代成像和计算机技术，而且对于调强放疗是核心重要的。因此，报告建议吸收剂量的剂量—体积为基础的规范。通过应用DVH的概念，这被简单的实现。通过这些报告参数的逻辑的和慎重的选择，同先前的ICRU建议的联系可以被以一种相当简单的方式保留。最大和最小吸收剂量并没有推荐给本报告，但是被接近最低98%剂量和接近最高2%剂量值代替。报告建议中位吸收剂量，即指定为50%剂量，应该被报告，因为这被认为是在ICRU参考点中同先前定义的剂量最好的对应。报告中的三个临床案例例证了包含于这个报告中的建议的使用。 尽管吸收剂量优化过程的存在，调强放疗对于质量保证的各个方面有显著的需求，从合适的三维成像的获得到小波束的传输和改变。合适的质量保证应该被执行，从而来确保计划和治疗装备在调强放疗所需要的误差范围内正常运行。调强放疗中的质量保证是需要的，并且同临床表现的各个方面，临床经验或者治疗目标相关或牵连。合适的病人指定质量控制是必须的，从而可以确保病人尽可能获得准确的处方剂量。这些准则没有替代计算的剂量分布的虚拟的检查，从而来确定是否存在对于一个小的放射体积的分片的显著的过高或过低的剂量。报告推荐了几种获得比较吸收剂量的样品的方法，但是临床实践需要应用多种可变的方法，而且不依赖于单一的病人指定质量控制系统。 最后，先前的ICRU关于5%吸收剂量准确性的建议被统计学方法替代。报告建议在低梯度位置，即定义为在任何方向少于20%/cm和85%的靶区体积吸收剂量案例应该被限制在5%内的相对吸收剂量变化。对于高梯度，定义为大于或者等于20%/cm的相对吸收剂量变化，距离到的使用被推荐使用，而不是吸收剂量准确度。在高梯度区域，剂量分布应该包含85%的5mm预期位置以内的吸收剂量案例。 因为癌症是一种需要考虑大量健康因素从而延长病人的生命的疾病，报告建议记录和保存参数从而来描述在病人体内吸收剂量分布，从而至少延长病人五年的生命时间，或者与当地的最低监管要求相符合。除了关于病人健康的要求，对于临床实验的所有描述病人体内的吸收剂量分布的参数应该被从科学上尽可能长久的保存。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 介绍 1.1调强放疗的概述 在上个世纪下半叶，放疗技术，诊断成像和计算机科学上关键技术进步很大程度上改变了传统的放疗实践，产生了治疗传输和结果上实质的进步。在1950年以前，深部定位肿瘤通过使用十字交叉射线或者放疗技术来确保一个正常组织可以接受的低吸收剂量，特别是皮肤和骨骼。深度穿透性外部光子束的介绍，起初，在上世纪五十年代，钴60，以及最终于上世纪六十年代所产生的，从高能量电子直线加速器中产生的高能电子，都可以使靶区吸收剂量升高，但周围正常组织剂量没有变化。这些兆伏级X线束特别地减少了对皮肤的吸收剂量，例如束流传输的配置，例如平行相对的线束，并且因为他们的吸收特性而减少了对骨骼的吸收剂量。 在上世纪七八十年代间，基于平面医用诊断X射线的使用的治疗计划被广泛的应用。模拟机，一种应用X线成像系统并拥有相同几何形状和自由度的直线加速器或旋转的钴六零单位的特殊的放疗成像系统，成为了预设治疗传输的广泛使用的工具。骨骼的解剖通过平面X线成为了完全可见的，但是包含肿瘤的软组织的位置很难去确定，而且经常会被减少，或者同骨性标志，空气气腔，或者对比增强的图像相混淆。上世纪八十年代CT机使用量的增加和九十年代MRI的发明使得对疾病的位置和程度得到更可靠的评估。通过这些在治疗计划技术上的成像进步和发展，设计更加适合靶区体积的治疗射野成为了可能。 通过使用大量共面线束来实现传统放疗，通常是横跨射野区的相对均匀平滑变化的强度的线束。低融点重铸造金属合金的使用，使得治疗射野的获得比铅挡块法变得更加方便快捷。多叶准直器，被用来代替沉重的金属块，可以获得更加复杂形状的射野，甚至在同样的治疗期内。三维治疗计划系统的应用使得我们更容易去计划和传输非共面线束，特别是脑部肿瘤。然而，非共面更少的被用到躯干的治疗，因为这种技术倾向于增加病人的积分吸收剂量(吸收剂量和体积的产品)。 许多直线加速器装备了电子射野影像系统，用来应对病人的体位的变动，因此，提升计划和传输吸收剂量的适合性。数字化重建放疗方法所用的DRR片是从CT扫描数据集合产生，这些集合通过数字化模拟X线穿过病人相同几何形状的CT治疗时表现的通道产生。DRR片可以同在治疗时体位发生变化的情况下获得的X线片相比较。数字化重建放疗对于非共面线束非常有价值，因为平面成像解剖本来就存在陌生的角度。所有的这些技术进步都提高了肿瘤治疗传输的准确度，潜在的获得了更高的肿瘤吸收剂量和因此提高了局部肿瘤控制率，并减少了周围正常组织的吸收剂量。 当三维计划技术和形成射野的特殊传输系统被用来减少紧邻靶区体积的正常组织损伤的时候，这些技术通常都被称为适形放疗或者三维适形放疗。当同传统方法相比较时，三维适形放疗倾向于使用更多治疗射野和减少毗邻目标靶区的正常组织吸收剂量，但是通常导致组织体积增加。 国际放疗单位和测量委员会颁布了处方，记录和报告包括三维适形放疗的放疗吸收剂量的指导方针。这些文件阐明了肿瘤划定的程序和概念，正常组织结构和边界的划定，以及需要考虑潜在的肿瘤发展，器官运动和格局错误而设定的边界。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 1.1.1从三维适形到调强放疗 在传统放疗和三维适形放疗中，考虑到弯曲或表面倾斜的病人表面而使用的楔形板或组织补偿器(所谓的缺失组织补偿)被用来修饰射野内线束强度，从而试图获得提高同性的吸收剂量分布。多叶准直器很大程度上代替了楔形板和缺失组织补偿器的使用，而且简化了使射线形状和肿瘤边界适形的步骤。 调强放疗的概念出现，是因为放疗计划优化算法预测出了从所有单个方向的最佳辐射模式都是典型非均匀的。从多方向上调强线束的一整套集合可以被设计用来产生肿瘤中的剂量同性，这与那些从传统放疗机器产生的射线束相同，但是前者具有更好的适形性，特别对于凹形或者其他复杂形状的目标靶区，从而忽略了周围正常组织。另外，调强放疗使得非均匀性的吸收剂量分布的产生更加容易，如果需要的话，另外一个定义的体积重的体积的治疗(也叫伴随升压或者同时集成升压技术)也可以实现。没有使用非均匀性或每个射野中持续变化强度分布，IMRT试图通过改变每个线束中的线束强度(频率)获得更加优化的吸收剂量分布，通常通过将线束细分成若干更小的段并调制每个线束来获得它所选择的能量密度的贡献。束流的调制通过使用多叶准直器或者组合了运动的挡板的二进制的准直器变得方便多了。 每条线束段所需频率的计算几年来已经获得了很高的操作性，因为使用应用迭代法进行剂量计算并且现在被称作“反向治疗计划”的高效的计算机。反向这个词被用来描述数学反向难题解决技术(这种技术在放疗末尾开始)或者期望的结果和工作的倒退，从而来建立一种获得这种技术的最佳途径。所谓的反向治疗计划系统通过描述一个目标开始，这个目标可以是一系列表征了肿瘤当中期望的吸收剂量分布的描述，带有附加的被设计来屏蔽正常组织的描述。反向计划过程迭代地工作，从而来决定线束的形状和频率的样式，并获得一个优化或者可接受的吸收剂量分布。描述的例子包括靶区体积的最小吸收剂量，危险器官的最大吸收剂量，以及肿瘤和危险器官共同的剂量体积规格，伴随着描述每个描述符相关重要性的因素。这些描述被纳入到试图用单一的一个数字来指定方程的值或结果的数学的目标函数中(所谓的该计划的成本或优势)。优化过程，是一个迭代的搜索，寻找使得成本最小或者优势最大化的解决方案，该过程由目标方程引导。治疗计划被期望去调整描述全过程的值，从而来获得在不同角度的适合。治疗描述的修改有效的修饰了目标函数。因为寻找解决方法和改变治疗描述的值的需要的迭代的本性，术语“优化计划”替代了术语“反向计划”，并且在文件的最后被引用来描述调强放疗的治疗计划过程。术语“优化计划”被选择，尽管存在不准确的地方;调强放疗计划和传输过程没有保证客观的获得了优化解决方案。这个和其他优化计划技术的特点将会在第二部分被阐述。 1.1.2调强放疗的传输 现在存在很多方法进行调强放疗的传输(表格1.1)。常规多叶准直器，最初设计为了遮挡射野，来传输调强放疗;或者使用多野区段(所谓的区段多叶准直器，或者“步进并发射”的调强放疗)，多野区段法可以提供离散数目的强度，或者让叶片对以变动的速度通过射野(所谓的电动多叶准直器，或者“滑窗”式调强放疗)，从而传输调制阈。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 表1.1调强放疗方法.对于每种调强放疗方法的所选择的优化方法 方法种类 强度调制方法 所选择的优化方法 补偿法 由优化程序设计的提供病人指定强度模式的射线过滤器 优化的小波束 区段多叶准直器(步进) 从一个治疗方向发射的多重多叶准直器区段 直接孔径优化 电动多叶准直器(滑窗) 叶片以不同速率滑过射野 优化小波束 调强放疗 机器转动时叶片移动。可能需要多个旋转轴 直接孔径优化 单序列断层 机头围绕病人旋转，机床固定。二进制叶片调制扇形束。每个旋转完成后，机床阶梯步进。 优化小波束 螺旋断层 机头和床同时移动，二进制叶片调制扇形束 优化小波束 机械化断层 由机器传输的多重非共面笔形束 优化小波束 在静态多叶准直器调强放疗中，多叶准直器被放置在不同的多个组态中，每个组态定义了一个分 隔的线束光圈(也叫区段)从相同的线束方向上。另一方面，在动态多叶准直器调强放疗中，每对相 对的叶片移动横跨射野，每个叶片的时间依赖的位置决定了传输的强度样式。 调强放疗可以通过使用强度调制轴或断层治疗的旋转式放疗传输。强度调制治疗使用了传统的多 叶准直器，而且随着机头旋转持续改变了叶片样式。通过传输调强射野，调强放疗可以获得几个转动 的轴，每个轴的放射样式不同。这是因为一个单个的旋转轴从一个轴区段的通过程中只产生一个步进 宽度的强度样式(开或关)。多重轴可以获得更高的强度等级。例如，从一个给定的轴区段，两个带 有不同的显示传输单位的轴可以得到四个强度等级。(1)只有轴1开放，(2)只有轴2开放，(3) 轴1和轴2都开放，(4)轴1和轴2都不开放。但是，最近有资料显示，在机头旋转时吸收剂量率 的可控的变化可以获得一些线束强度的调制。，虽然只传输了一个旋转轴。通过使用附加的旋转轴， 治疗体积中提高的剂量可以被很容易的传输。断层扫描是一种由二进制准直器调制的使用狭窄类CT 扇形束的强度调制治疗。二进制准直器有多重叶片，特别设计来传输旋转扇形束的调强放疗。这被称 为二进制准直器，是因为每个叶片从一个关闭的位置快速的移动通过扇形束到开放的位置并打开放射 源。在叶片开放位置的时间的长度决定了子束或者小波束的传输强度。扇形束宽由一对在二进制准直 器之上的下叶准直器校准，同扇形束宽度由CT扫描机限定的道理一样。串行断层扫描，即治疗病人 的IMRT的最初形式，将扇形束绕着病人旋转，而床是固定的。在下一步中，床向前移动，来完成整 个治疗。在螺旋断层扫描中，扇形束旋转和床始终处于同样的位置，因此放射源形成了一个螺旋的样 式。 使用笔形束的从多方向传输的机械式放射治疗设备也可以被用来传输IMRT。虽然这些设备被设 计用做立体定向治疗，当通过优化技术计划产生的大量的从多个非共面方向发射的笔形束与多方向的 IMRT是等同的。补偿滤过器，特别是使用优化技术来产生强度调强的滤过器，是一种可以被用来产 生IMRT的工具。 1.1.3IMRT的临床经验 调强放疗可以在多个位置和情况下产生优于三维适形放疗的吸收剂量分布，包括凹形靶区体积， 即那种危险器官紧邻靶区体积的情况，以及用来在类似于提高治疗的靶区体积中产生多种吸收剂量等 级。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 表格1.1是被一组(三条)统一强度的射线和一个特别遮挡的射线治疗的凹形靶区体积的大概代表，同一组(五条)已经被调强的射线相对比的结果。凹形吸收剂量分布用来治疗包绕脊柱的肿瘤，并且在精液囊的参与下对前列腺癌进行治疗。在治疗头颈部癌症时，多种组织，包括腮腺，眼，脑干，听力器官，甲状腺和脊髓都是通常的危险器官。调强放疗可以提高肿瘤三维适形的合适度。 通常来说，但并不是总是这样，调强放疗比常规放疗需要更多的时间以及资源。因为更陡峭的吸收剂量梯度，优化的调强放疗比常规放疗需要更多的对肿瘤和正常组织的精确划定。额外的正常组织经常被划定，因为非特性的组织可以获得更多的未料及的搞吸收剂量。迭代优化算法比三维适形放疗需要更多时间。开机放线时间可能更久，因为传输需要更低占空比。大体上说，调强等级越高，放疗时间越长。另一方面，同没有使用多叶准直器的三维适形放疗相比，全部的治疗时间可能变少，因为没有必要手动的改变遮挡块。大多数调强放疗程序设置了更多的直接机器质量保证，从而来确保整个调强放疗传输系统的执行(详见附录A2)。例如，多叶准直器叶片的位置的公差一般来说比三维适形放疗所使用的射野挡块要小。病人指定剂量学质量保证的新的程序是很重要的，因为简单的方法不能够被用来检查病人治疗的计算。但是，调强放疗并不是很困难。例如，在传统头颈部高剂量治疗中，从侧方向射出的混合了电子束的光子束必须被用来阻止线剂量超过准许范围。这很大程度上增加了复杂性和技术需要，然而，光子/电子束传输并不是总产生同性的吸收剂量分布。通过对比，调强放疗可以在不适用电子束的情况下，在靶区并屏蔽关键结构情况下产生同性的吸收剂量分布。 调强放疗的使用的发展非常迅速。子一份2003年的调研中显示，在美国，在168名放射肿瘤医师中随机选取的例子中，三分之一正在使用调强放疗。在2005年，相似的调研显示，超过三分之二的放射肿瘤医师使用一些形式的调强放疗，主要是对于增加的正常组织屏蔽和靶区剂量提高。在这些有调强放疗治疗的案例中，头颈部恶性肿瘤和膀胱癌是目前最常见的，其次是中枢神经系统，肺，乳腺，和肠道肿瘤。但是，几乎很少的前瞻性随机对照试验显示了调强放疗对于传统放疗的优越性，或者在效率或调制减少上被报道。对于乳腺癌，一份随机的调查已经对比了调强放疗同标准切线的楔形野的效果。多诺万报告了明显提高的吸收剂量分布在调强放疗中存在。在接下来的研究中，使用了前瞻性随机临床试验，多诺万发现，统计学上，同调强放疗的目标相比，在病人中，传统放疗治疗目标的效果要明显差一些。 表格1.1左边的CRT和右边的IMRT进行对比。CRT改变等剂量线的能力被限制在由多叶准直器或挡块，楔形板或缺失组织补偿器，以及用于遮蔽关键组织的中心挡块而设置的射野边界的形状内。调强放疗线束可以产生高度非均匀的线束强度(频率)，而且可以产生更加适合凹形的吸收剂量分布。既不用适形治疗，也不用调强放疗，PRV可以完全避免，但是，通过调强放疗，包含了PTV的凹形的等剂量曲线更好的回避了PRV。挡块区域显示了PTV，灰色的区域显示了PRV，并且，包绕PTV的线是典型的等剂量曲线轮廓。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 对于调强放疗病人来说，使用病例对照法来研究头颈部癌症，贾巴尔报告，在放疗并经历了衰减之后，口干症和生命质量测量数据提高了六个月，但是，这并不适合使用传统放疗方法治疗的病人。从调强放疗中获得的潜在的关于降低口干症和提高生存时间上的益处同标准的RT相比较，最能体现在治疗后超过六个月后的时间上。 对于头颈部，最可信的通过IMRT提高治疗增益的回顾性研究来自于紧邻颅骨底部的肿瘤。例如鼻咽癌和鼻窦恶性肿瘤，更高的局部控制率和更低的并发症的发生率已经在同常规放疗的比较中被报告。晚期辐射诱发的毒性反应的重大的减少例如口干症，已经被广泛的记录在用于治疗咽喉鳞状细胞癌的IMRT的使用中，但是没有见到局部控制可能性的减少。很少的前瞻性研究报告，尽管存在非常高的吸收剂量分布的适形性，SCCs调强放疗中几何上的缺失是相当不常见的。对于膀胱癌，最大的研究来自于纽约的凯特琳癌症研究中心，这个中心报告了超过772个使用超过81GY的(大概20%的病人高于传统放疗的吸收剂量)最小目标吸收剂量的IMRT的病人。在这个报告中，只有4.5%的病人发展到了二期的直肠癌(中度腹泻，过多的直肠粘液或间歇性出血)而且，没有经历三期或者更高的毒性。最近的研究表明，治疗室内成像可以增加吸收剂量传输的准确性和降低直肠并发症率。 1.2三维适形放疗和调强放疗面临的共同问题 许多在放疗上的进步和新出现的问题对于IMRT是非独特的，这些东西同样影响着三维适形放疗。然而，例如4D成像和自适应性放疗的问题，不确定地，和辐射引发的继发癌症的可能性，对于IMRT来说也许更加明显些。 1.2.1成像和4D自适应性治疗 选择和划定兴趣区域是一项非常具备技术和智力的挑战，但同时也是现代放疗中最耗时间的方面。三维适形放疗，总的来说，和调强放疗一样，特别的增加了对精确解剖划定的要求。这个需要充足的肿瘤位置的规格和对可能浸润和扩散的过程的全盘了解。在调强放疗中，优化程序没有能力来没有划定的组织结构的吸收剂量。所以，那些包含没有被划定的治疗细胞的组织不能够被充分的治疗，而且，没有被划定的敏感组织也许会获得非常高的吸收剂量。三维成像系统对于肿瘤和正常组织的体积的划定非常关键。自动轮廓勾画系统可以使图像的分区更加容易，但是增加了对计算机划定的验证的准确性。 现代图像获取系统提高了灵敏性和肿瘤探查的特异性。功能和核磁成像发展并提供了新的了解肿瘤和正常组织生理学信息的机会。增强的成像系统的能力，例如MRS，和增强的生理活性的标志物，例如PET，将会帮助我们更加准确的划定需要提高吸收剂量的肿瘤组织的位置和范围。因此，在总肿瘤体积或者GTVs和临床靶区体积或者CTVs间的边界将变得更加容易划定。例如，MRS可以更加精确的探查体内胆碱含量，胆碱典型的存在于恶性膀胱癌中，虽然周围是膀胱正常的次区域。被划定的次区域可以潜在的预示一个更高的吸收剂量。同样，在头颈部肿瘤中也可以发现这样的问题，在划定初期肿瘤GTV上，PET成像比CT和MR成像更加准确。调强放疗可以进行复杂的更高的对被怀疑存在更多的抗辐射病的GTV次体积吸收剂量传输的计算。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 有时候这被称为可以进行伴随升压的“生物靶区体积”。 新的成像研究也能够表征正常组织和正常组织功能。例如，在治疗脑部肿瘤时，使用功能MRI成像，可以获得需要扩展的脑部结构的定位;这些结构可以被划定为危险器官，从而剂量体积限制可以被分配。 经过了多年的发展，使用成像手段作为肿瘤的“快照”已经成为了共识，正常组织是真实情况的简单化，其位置，形态和生理功能在治疗中可以发生变化，这是因为治疗中的呼吸作用所导致的，但是，也也可能是因为治疗区段间的肿瘤响应或者病人体重的减少。测量这些变化和适应治疗过程的能力将引导适应性治疗，同样也可以被称为4D适应性治疗。MR和CT扫描可以被用来提高产生多个病人3D图像，而且，可以快速的创建病人4D图像并创建用于治疗计划的4D的靶区勾画。CT扫描的旋转时间少于1秒。足够的图像重建需要机头旋转超过180?。这种快速的数据获得可以同时获得多幅图像来表征典型的呼吸循环中的器官运动。隔膜或跟踪系统的气动出口监控着肺的运动，从而将图像和他们的相应的呼吸时相相关联。经过几个呼吸循环获取的图像可以被组装成一个单个的4D成像集合。这些进步可以使得在一个治疗区段内动态地确定GTV和CTV的位置和范围变的可能。这将很大程度上增加所需计算的数据集合的大小。 4D解剖数据的可用性可以使得肺癌的治疗取得革命化的进展，因为现今的肺部运动的细节全部都可以在计算机上显示。计划靶区体积包括CTV和需要考虑的不确定性位置的边界，运动，以及解剖的变换。4D信息可以被用来更加准确的评估传统放疗和调强放疗所需要的PTV边界。我们可以使用4D显示来计划放疗的输出和锐化或者清晰化病人呼吸时被模糊或者扭曲的吸收剂量梯度。4D信息可以被用来计划被追踪的肿瘤的治疗的放疗传输，而且，肿瘤的运动可以通过机床的运动被补偿，或者使射线的运动轨迹跟随肿瘤的运动轨迹。这些信息也可以被用来更加准确的决定优化的呼吸时相，从而决定在放疗之中总共可以存在多少个安全的呼吸循环。如果病人的呼吸同治疗时4D图像获得以相同的方式被引导，那么放疗的传输就可以同呼吸同步进行。这其中的一些方法需要在多个时相中计算吸收剂量。对于这些方法，每个时相的吸收剂量分布必须被综合并显示在每个呼吸时相上。相同的去形的被用来传递呼吸时相间轮廓的登记可以被用来设置一对一的用来传输被分配给存在于每个呼吸时相中的和在另一个呼吸时相中的同一个像素的吸收剂量的映射。去形登记创建了显示了在一个呼吸周期中大量组织如何移动的映射。去形登记提供了从这些4D表现到相应的3D表现集合的链接，每个链接都描绘了一个呼吸时相。 4D治疗传输可以获得在全部治疗过程中的改变的可视化。在头颈部肿瘤治疗中，可以看到肿瘤体积在七周的治疗周期内急剧的减少，同时，考虑到体积改变的再计划，将更加专注于之前周围非靶区组织的忽略。相同的，其他位置的放疗过程中正常组织体积的实质的变换已经被报道了。最近几年的发展显示4D治疗计划的益处以及适应的变换。但是，这极大的提升了组织划定的复杂性(即分区)，吸收剂量的规范已经剂量报告。 从不同成像方式衍生的数据集合的大小也许会按照大小的顺序增长，但是的时间不会变化。在勾画GTV和CTV轮廓的案例中，将轮廓从一个呼吸时相传递到下一个呼吸时相的工具在4D数据被常规应用前非常重要。产生从一个到另一个不同时相获得的图像集合的一对一像素映射的去形登记是非常重要的。快速回顾的能力和勾画传输轮廓的能力也是很重要的。对本质和大量运动的理解可以被提高，这只有在使用带有几何角度和显示类型的互动选择的图像环情况下，全部数据被处理时可以实现。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 图像系统获得的同DRR片相比较的二维图像不能被用来精确的决定治疗体积该如何改变，而且在某些案例中，也不能决定PTV被如何修饰。显示治疗过程中解剖改变的图像集合可以通过治疗后设置的病人常规3D成像创建。治疗室内置的CT扫描机，或者分开，或者整合进入治疗单位，可以获得这些图像数据，并且评估病人放疗前设置。之后，治疗计划可以被重新修订或者使用这些图像重建吸收剂量分布 描述所有治疗周期的累积吸收剂量的综合吸收剂量分布也可以应用去形登记系统来映射吸收剂量到计划系统上。当被映射到计划图像集合后，计划和累积吸收剂量分布可以被对比。在某些案例中，可以来调整在其他放疗过程中的计划，从而对发现的缺陷进行弥补。例如，如果在一个过程中同时对综合吸收剂量分布进行分析，分析结果揭示在靶区体积存在低剂量区，接下来的分区可以被重新优化来增加吸收剂量。甚至，可以减少所选取的正常组织中的高吸收剂量区的吸收剂量。这种适应性放疗的类型可以获得肿瘤放射学家对整个放疗过程的越来越高的关注。 1.2.2边界和不确定性 边界的概念在50,62,71和78号ICRU报告中被描述。边界提供了考虑了不确定性的组织划定的缓冲区域。CTV包括了GTV和需要考虑的肿瘤的微观扩张所产生的边界。PTV增加了CTV的边界，从而考虑了器官运动和设置误差。边界，考虑了定位，运动和解剖改变多个因素，同样，对于危险器官也很重要。定性边界的需要将对IMRT有越来越高的相关性。调强放疗倾向于在靶区体积和危险器官之间产生陡峭的吸收剂量梯度。肿瘤体积和危险器官的实际边界可以使得计划过程在对于PTV足够的吸收剂量和对于正常组织安全的吸收剂量之间更加合适。 影响划定PTC边界需求的因素包括病人定位的不确定性，设备机械的不确定性，剂量学的不确定性，和运动管理技术的使用，例如门控，从CT 和模拟机到治疗单位的图像传输错误，以及人为因素。这些因素将会从一个中心到另一个中心变化，而且在一个特定的中心，从机器到机器以及从病人到病人。病人固定设备的使用，质量保证程序的应用，以及放疗的技术和经验都是非常重要和必须被考虑的。另外，不同的图像引导系统或其他减少不确定性的技术的使用可以明显改变所需要的边界的大小。决定边界的标准的旋转必须被设置和遵循，从而来确保边界是足够的而不是过量的。 几种定性CTV到PTV边界需求的方法已经被公布。在设置中的变换可以由很多因素引发。一个例子就是系统的错误，即如果在放疗过程中，计划CT图像没有合适的表现病人的情况下，该误差将会升高。例如，如果在进行CT计划的那天，病人的直肠被肠气扩张，那么膀胱的位置将会被挤压，并且也许会从其平均位置旋转。而且，平均位置的随机的变化可以每天都发生。每个调查都总结称系统的变化比随机的变化更重要。每天使用室内CT系统的CT引导正在变为普遍的措施，从而来减少系统和随机的变化。但是，即便是拥有最好的图像引导系统，变化依然不能够被减少。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 图像引导系统本身存在不确定性而且病人的解剖组织结构的图像的破坏不能够被减少，尽管通过去形登记技术，这种图像破坏程度可以被估算。然后，线束传输可以被修饰，从而来补偿这种效果。在治疗时的成像可以被用来更好的定义剂量变化的模式或者减少设置的不确定性。图像引导系统可以被用来定义特殊协议，治疗机器的边界，或者通过使用重复的成像程序来适应病人特殊的边界。严等人证明，这种重复的成像程序可以很大的减少系统在摆位中同原始计划图像的不确定性。当划定PTV体积的时候，不同类型的不确定性和上述确定的变化应该被估计和联系。 虽然，设置的不确定性被完全减少，但是依然会存在因为器官运动和病人同体重减少或肿瘤收缩造成的解剖结构的变化引起的不确定性。通过门控或，追踪或重计划技术，对边界的贡献可能减少，但是不确定性不能被完全消除。 定义PTV的边界被主要用来保持吸收剂量靠近或围绕CTV中的处方值。历史上，有限的方法来使得等剂量表面同PTV相适应，但是，最近，调强放疗的发展，使得对合适性的控制的程度已经很大地提高。但是，调强放疗可以创造使用传统方法很难计算的吸收剂量分布。强度调制放射治疗可以很轻松的改变靶区体积中的吸收剂量均衡度。例如，对于膀胱癌，吸收剂量均衡度也许并不是核心，如果吸收剂量存在于直肠中，也许将被故意减少。目前，为了获得有价值的吸收剂量分布的计算，剂量报告规范需要被其他优化数据补充，但是这样做会增加剂量报告的复杂性。剂量体积直方图已经成为评价复杂三维剂量吸收分布的关键的工具，而且它的使用对于调强放疗来说更加重要。但是，只有剂量体积直方图，高低剂量区域的位置无法被决定。CTV周围的低剂量区域可能没有中心重要，而且也许对高剂量区域对肿瘤边界存在较少的关注。调强放疗也许会导致无法预料的在那些已经被特别的视为屏蔽区域或虽然被特别的划出来但是没有被加以足够的重视的正常组织体积中PTV体积之外的高吸收剂量区域。 1.2.3辐射引发的继发性癌症 治疗引发的次级恶性病变的危险是一个争论的议题。一种考虑认为忍受治疗癌症的病人也许会处于更高度的由于其遗传易感性或者特殊的生活方式和暴露于致癌物质，如烟酒等所造成的次级肿瘤的危险中。这些因素可能比方式危险本身更加突出。无论何时，大规模放射治疗研究已经被执行，并同调查相比较，放射治疗已经显示同明显的统计学的次级恶性肿瘤危险的增长相关联，特比是那些长期的幸存者中。在一份对三维适形时代之前的大边界传输的膀胱放疗辐射引发的次级恶变的研究中，我们发现，同手术病人相比，放疗病人在诱发相关固体肿瘤的危险上提高了6%(除了膀胱癌)。女性中，放疗后的乳腺癌的预期观察到的案例的概率对于霍奇金病并来说，已经是总体人群中处于同样年龄的妇女的2.24倍。这种增长的相关危险对于16岁之前被照射的少女特别的重要。但是，该研究参考了三维适形时代之前的放疗中计划的大射野剂量传输。应用了更现代的放疗手段的技术也许会在未来改变次级恶变的发生率。 从传统放疗到三维适形放疗的转变包含了获得了高吸收剂量的正常组织体积重的减少和靶区体积吸收剂量的增高。由于更小的接受高剂量照射的正常组织的体积的结果，在辐射至导致的次级癌症的数量的减少也许可以实现。更少的确定性是是否存在一个关于辐射导致的次级癌症的整体的升高或降低的数据，因为一个更大的整体的正常组织体积暴露在一个更低的剂量射野内。从另一方面说，从传统放疗到三维适形放疗或调强放疗的变换会导致次级恶性病变升高的概率。调强放疗典型的包含了更大的被暴露于更低的辐射吸收剂量正常组织的体积，这比三维适形放疗还要低。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 甚至，当积分吸收剂量和调强放疗以及三维适形放疗基本相当的时候，依然存在着潜在的，具有理论依据的增长的致癌危险。长期跟进的仔细的临床试验决定了这种关注的合理性。当同传统放疗进行比较时，调强放疗治疗计划典型地导致了监控单位从2到3的增长，因为泄露和散射辐射的存在，增加了原始准直器划定的边界外的吸收剂量。结果，所获得的全部身体剂量可以被显著增加。在传统放疗技术和70Gy头颈部肿瘤串行断层放疗的比较中，来自漏射线有效的剂量同额外的传输监控单位相比较从242mSv增加到了1969mSv。尽管，同传统放疗相比较，没有对大多数致癌组织的屏蔽进行的调强放疗可以潜在的使次级恶变发生的概率翻倍，即对于存活了10年的病人，从大约1%到1.75%。但是，这些估算所基于的生物模型都是可疑的。 减少致癌潜在性的方法是可能的。不希望的吸收剂量可以被减少，通过增加原始准直器的屏蔽，以及去除射野平坦过滤器。如果射线不仅仅被用作调强放疗时，射野平坦过滤器是不必要的。如果需要，射线可以被调强来使它统一。这些进步已经在螺旋断层放疗中被使用。在由调强放疗照射的体积中，我们可以勾画正常组织的结构，例如乳房，甲状腺和肺，这些组织对于次级恶变的发生具有较高的潜能，然后，使用优化程序来限制他们的吸收剂量并因此而降低致癌的可能性。 1.3当前报告的目标和同现存的ICRU报告的关系 对于这几十年，ICRU一直参与在不断的努力，以改善定义术语和用来报告放射治疗的概念的统一性。第29号ICRU报告，报告光电子外射线治疗的剂量规范，在1978年出版。它在1993年被ICRU50号报告取代，处方，记录和报告光子束治疗。对50号报告的补充在1999年出版。第50号报告和第62号报告解决了传统放疗的外部光子束放射技术，包括三维适形放疗，目前的报告解决了更多复杂的特殊技术，例如调强放疗报告关于电子束和光子束治疗的报告已经被出版了。目前的报告符合第78号ICRU报告的建议。 作为一般规则，处方，记录和报告外光子束治疗的特殊技术(例如调强放疗)的建议应该同之前的ICRU建议相一致。特别的，术语和概念相同的定义应该被在任何可能的情况下使用。但是，临床和技术的每个治疗方法的唯一性必须被考虑。目前的报告时基于之前ICRU第50和62号报告的定义和概念的。 调强放疗的优化过程在第二部分被详细的描述。第三部分更新了剂量报告的概念，这个概念从单独的空间点报告中被移(例如ICRU参考点，最小和最大吸收剂量)到剂量体积报告中(第二级报告)。同样，也探索了研究性(第三级报告)的概念，例如治疗控制的可能性的临床和生物学度量，正常组织合并症的可能性，以及等效均匀剂量。第三级报告同样包括了合适性和同一性指数，以及关于吸收就不确定性的报告。在第四级报告中，给予了靶区体积的选择和划定特别的关注，即靶区体积的选择和划定可以使用变化的成像方式，但是，同一可以在治疗时，经历在形状和本质上的变化。第四级报告回顾了PTV和PRV的概念，从而来更好的定义其规范中的不确定性。第五级报告通过讨论基于剂量体积限制的计划目标的概念，升级了吸收剂量处方的定义。附录A.1提供了新的吸收剂量分布的算法和概念，以及关于被用做调强放疗的组织异质性计算的建议。附录A.2做了关于机器和病人指定的质量保证的建议。包括传输和成像系统的检查，但是同样也包括单个病人的质量保证，这种质量保证不应该被限制于单个点的测量。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 它应该包括束流强度的治疗保证，使用幻想的多重点剂量的检查，或者独立的吸收剂量分布计算，假设足够的质量保证已经被治疗设备执行。最后，三个证明关于当前报告中描述的介绍治疗的建议是如何被用来作为常规实践的的临床案例被放在了附录B中。 牛津大学出版社 国际红十字会期刊2010版第十卷第一章 第83号报告 2.调强放疗的优化治疗计划 2.1介绍 三维适形治疗和调强放疗在治疗计划方面，从根本上脱离了传统放疗。传统放疗已经被典型的限制于不同大小的尺寸，使用线束成型设备形成的强度以及病人独立的强度调制器的线束口。计算的算法提供了足够的吸收剂量分布的描述。传统上，治疗组通过使用一些可用的自由参数优化了治疗计划。肿瘤处方经常被选择来避免在关键组织周围的正常组织的伤害。手动优化系统是广泛建立在临床诊断上的相对简单的程序，连同有限的潜在的更好的解决方案的探索和没有很容易得到的相对吸收剂量的度量。 几乎同时出现的高精度的三维适形体积成像和三维放射线束再治疗计划已经推动了病人放疗的进步。现在，线束方向的数量和强度已经从本质上被解除了限制。是否使用多重小的单个的由计算机控制传输的带有任意方向和强度的线束，或者带有布置在一个共同平面的几何形状的调强扇形束，自动优化技术的能力大大的超过了那些手动优化程序。在这个部分中，计算机辅助优化的利用了现代三维成像技术和调强放疗传输的优势的治疗计划的当前过程被描述。 2.2三维适形和调强放疗治疗计划的对比 在三维适形计划中，线束修饰包括，例如，改变线束边界和方向，使用线束修饰器，例如楔形板或者补偿器，或者改变不同射野的吸收剂量分布。这个过程本质上是迭代的。所获得的吸收剂量分布和剂量体积直方图的质量高度依赖于计划的技术和经验。这个过程，事实上，主要应用了临床诊断和质量组优化质量计划的经验。这些诊断在优化质量控制，控制合并症危险的过程中被制定。在三维适形放疗中，优化最终吸收就分布的方法由迭代修饰线束特征实现，例如，方向，准直器，旋转角度，线束重量和射野边界，这些共同描述了每个组成计划的射野。当非均匀强度次级射线或者多重均匀强度不同维度的线束被从每个射线束方向发射出来的时候，三维适形治疗成为调强放疗。当三维适形治疗计划被传统地手动完成时，原则上讲，这个这次迭代过程可以由电脑完成。调强放疗应用了自动，迭代的优化技术。表格2.1例举了传统和调强放疗优化方法之间的对比。在传统优化中，线束参数，例如方向，线束修饰的存在，和线束的形状都被设置好了，然后，最终的线吸收剂量通过计算机计算。线束属性被必要地迭代的修饰。在调强放疗优化中，限制，例如那些基于剂量的限制—体积的考虑，都被选择了。在传统和调强放疗方法之间关键的区别是: (1) 数学目标函数和掺入的用户定义的剂量体积约束的使用 (2) 迭代的基于计算机的寻求优化解决方式的调强放疗算法的应用。线束小波的重量或 者一系列线束区段的重量都被决定，线束剂量分布也被计算出来了。小波重量或者 区段形状或重量都被迭代地修饰。如果需要，定义目标函数的限制也可以被修饰。 这将导致另一个自动迭代优化的循环。放射肿瘤学家对计划的接受程度做出了最终 决定。类似的优化方法和运筹学领域是相同的。