治疗计划剂量学原则及靶区剂量规定

第一节　治疗计划剂量学原则及靶区剂量规定

一、临床剂量学原则

(一)肿瘤致死剂量与正常组织耐受剂量

放疗的目的是对靶区实施肿瘤致死剂量，同时把肿瘤周围组织所受的照射剂量控制在正常组织耐受剂量之内，从而得到理想的治疗比。所谓肿瘤致死剂量是指使得肿瘤细胞破坏死亡而达到局部治愈的放射线剂量，通常用TCD₉₅(达到95%肿瘤控制率所需要的剂量)作为肿瘤致死剂量。

正常组织耐受剂量则分为两种：最小的损伤剂量(TD_5/5)表示在标准治疗条件的肿瘤患者中，治疗后5年，因放疗造成严重放射损伤的患者不超过5%的照射剂量;TD_50/5则表示在同样条件下严重放射损伤的患者不超过50%的照射剂量。不同肿瘤的TCD₉₅值和肿瘤周围正常组织的TD_5/5及TD_50/5值是放疗计划设计的依据。治疗比为正常组织耐受剂量和肿瘤致死剂量之比，不受治疗技术的影响;治疗增益比与治疗比不同，表示因某种治疗技术所致的肿瘤控制率与周围正常组织损伤率之比。该值与两者所受的照射剂量之比成正比，同一肿瘤不同的治疗技术可产生不同的治疗增益比。

(二)临床剂量学四项原则

根据长期的放疗临床实践，一个较好的治疗计划应该满足下列临床剂量学4项原则：①准确的肿瘤剂量，照射野应对准所要治疗的肿瘤区即靶区。靶区的准确定义是治疗计划设计的关键，应该包括明显可见的肿块、亚临床灶、潜在转移的区域淋巴结以及考虑患者运动和摆位误差而外放的体积。②靶区照射剂量分布均匀，照射剂量变化不能超过±5%。在计划设计时，应要求90%或以上的照射剂量线包绕靶区，避免部分肿瘤细胞受到低剂量照射而增加肿瘤的局部复发的概率。③照射野的设计应尽量提高治疗区域内的剂量，同时降低照射区正常组织所受的照射剂量。④保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不能使其接受超过允许照射剂量范围的照射。

二、外照射靶区剂量学规定

在进行放疗结果的分析和比较时，用一个国际性的规定来描述靶区和正常组织的受照体积和剂量是非常重要的。国际辐射单位与测量委员会(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)相继颁布了ICRU 29号报告(1978年)、50号报告(1993年)和62号报告(1999年)，对各种体积和剂量做出了明确的规定，对光子束治疗的处方、记录和报告作出了详细的说明和建议。ICRU 62号报告是对50号报告的补充。这些报告的规定不仅有利于放疗工作者能够执行正确的治疗方针，并在总结经验的基础上不断改进治疗方案，同时也有利于放疗学科内部及与其他学科之间的相互交流和协作。

(一)体积的定义

1.大体肿瘤区(gross tumor volume，GTV)是指可触及、可见的或可证实的恶性病变的范围，包括原发灶、转移淋巴结和其他转移灶。确定GTV的方法应与TNM、AJCC等肿瘤国际分期标准一致。如果肿瘤已被切除，则认为没有GTV。可通过临床体格检查(视诊、触诊、内镜等)和影像技术(X线，CT，MRI，MRA，MRSI，PET，SPECT等)来确立GTV的范围和部位及形状。

2.临床靶区(clinical target volume，CTV)是指包含GTV、显微镜下可见的亚临床灶以及肿瘤可能侵犯的范围(CTV可包含区域淋巴结)。它们是在静态影像上确定的，没有考虑器官的运动和治疗方式。GTV和CTV是基于肿瘤学原则和解剖学部位定义的两个体积，是两个临床学概念，因而也适用于其他学科。ICRU 62号报告并没有修改50号报告中关于这两个体积的定义，但在1999年12月ICRU新闻通讯中强调了勾画GTV的困难：8位放疗医生、2位放射诊断医生和2位神经外科医生为同一脑瘤患者勾画的GTV却大相径庭。

3.计划靶区(planning target volume，PTV)PTV是一个几何学概念，是指包含CTV及由于照射中患者器官运动、日常摆位误差、放疗中靶位置和靶体积变化等几何学因素而对CTV向外扩大后的组织范围，以确保CTV得到规定的治疗剂量。ICRU 62号报告也没有修改ICRU 50号报告的PTV定义，但将这些几何不确定因素划分为内在边界(internal margin，IM)和摆位边界(set-up margin，SM)。IM指考虑到患者本身内部器官的运动(如胃和膀胱的充盈度、呼吸引起的运动等)而引起CTV范围、形状和位置的变化所作的边界扩大;SM指摆位时患者的移动及射野几何特征变化等因素而引起的不确定性对CTV的边界扩大。ICRU 62号报告细分IM和SM是为了说明它们不确定性的来源不同。IM主要来自生理学上的变化，这种不确定性很难或几乎不可能控制;而SM主要与技术因素有关，可以通过改进技术使之降低。PTV和CTV的关系为：PTV=CTV+IM+SM。ICRU 62号报告还提出了内靶区(internal target volume，ITV)的概念，即CTV加上IM后的体积(ITV=CTV+IM)。三者的关系为：CTV＜ITV＜PTV。

4.治疗区(treated volume，TV)是指某一等剂量面所包含的体积。原则上由主管医生根据治疗目的选定该等剂量面，通常以90%等剂量面作为TV的下限。适形指数(conformal index，CI)是指PTV与TV的比值，反映TV的形状和大小与PTV的符合程度。理想的计划，应是TV和PTV完全一致，CI值为1。但临床上由于受照射技术的限制，不可能达到这一点。调强放疗等现代放疗技术可以使CI值逐渐向1接近。

5.照射区(irradiated volume，IV)是指接受一定照射剂量水平的组织体积，通常指50%等剂量面所包含的体积。IV直接反映了正常组织所受照射剂量的大小，对正常组织的耐受性评估具有显著的意义。

6.危及器官(organ at risk，OAR)是指可能卷入照射野内的重要正常组织或器官，其放射敏感性会明显影响治疗计划的设计或处方照射剂量的大小。如按体积效应可划分为串联型、并联型及串并联型。串联型危及器官具有较小的体积效应，器官即使存在很小的体积超过照射剂量限值，就有可能导致整个器官功能的丧失，如脊髓、小肠、神经等。并联型危及器官具有较强的体积效应，整个器官只有足够体积的功能单元同时受损，器官的功能才可能受损，如肺、肝、肾等。串并联型危及器官结合了上述两种器官的特性，如心脏，其冠状动脉属串联型，而心肌则属并联型。

7.计划危及器官体积(planning organ at risk volume，PRV)与PTV的定义相对应，在描绘危及器官范围时，需考虑器官本身运动和治疗摆位误差的影响，其扩大后的范围，称为PRV。同样，它也是一个几何概念。

上述不同体积的关系见图2-1。

图2-1　不同体积关系示意图

(二)对剂量报告的一般性建议

1.剂量报告的基本要求①必须报告ICRU参考点的剂量;②必须报告PTV内的最大和最小剂量;③如有可能，报告PTV内平均剂量、剂量标准偏差以及DVH等相关参数;④注明OAR的累及范围及其剂量。

2.ICRU参考点根据以下的原则选择ICRU参考点：①该点的剂量与临床有关，在PTV剂量中具有代表性;②该点位置清楚、明确，易于辨认;③该点剂量能够准确测量;④该点所在区域非剂量陡降段。ICRU参考点位于PTV中心或中心区域，某些情况下难以确定时，亦可选择PTV中有意义的点。

3.剂量评估报告的3个水平自ICRU 50号报告颁布以来，当时尚在研究阶段的软件和设备近年来已成熟并进入商用，因此ICRU 62号报告对50号报告中的3个水平作了调整，将原水平3的部分内容列入水平2，对水平3则提出新的要求。

(1)水平1(basic techniques)：即报告的最低要求，所有的放疗中心对所有的患者都必须完成。要求通过百分深度剂量(PDD)表和标准等剂量图准确确定ICRU参考点的位置和剂量，同时估算出PTV的最大和最小剂量。

(2)水平2(advanced techniques)：该水平可使放疗中心之间有更完整的信息交流。不仅要求运用患者数据获取工具和(或)现代影像技术(如多层面CT和MRI断层)，勾画出GTV、CTV、OAR、PTV和PRV，而且要求给出各平面和体积的剂量分布图及DVH。如有必要，进行组织不均匀性修正。在整个放疗过程中有完整的质量保证(quality assurance，QA)程序。

(3)水平3(developmental techniques)：该水平代表放疗新技术的发展和最新的临床研究，其临床报告准则尚未建立［如IMRT和硼-中子俘获治疗(boron-neutron capture therapy，BNCT)］。随着这些新技术的成熟和研究的完成，目前水平3中的技术、设备和标准将逐渐划归为水平2，而对水平3将有更高的要求［如生物靶体积(biological target volume，BTV)、影像引导下的放疗(image guided radiotherapy，IGRT)］。

4.OAR的剂量报告为了计算正常组织并发症的概率，OAR的剂量报告不仅要求给出照射剂量和分次，同时还应给出OAR卷入照射野内并受到一定照射剂量水平的范围，即危及体积(risk volume，RV)。对于每个OAR，当其部分或全部受照剂量超过照射剂量限值，水平1要求必须报告最大照射剂量。例如，脊髓最大照射剂量为42 Gy，10 cm C1～C4;或左肾照射剂量21 Gy，全肾。水平2则要求从该OAR的DVH中获取更多剂量数据。例如，左肺最大照射剂量53 Gy，20 Gy包含的左肺组织体积低于左肺总体积的25%。

(三)吸收剂量的分布

放疗的处方不仅包括治疗目的和体积，而且包含照射剂量和分割。如果在TV内的照射剂量分布过于不均匀，就不可能获得应有的疗效，不同的放疗中心之间也就无法进行相互比较。因此在制订治疗处方时，应该对照射剂量的不均匀程度予以说明。由于技术因素，目前认为照射剂量分布的均匀性在处方剂量的+7%～－5%是可接受的。如果分布不在该区域，放疗医生应该考虑是否接受该治疗方案。

一般说来，患者治疗部位解剖数据主要取自于CT/MRI的横断面图像。三维计划系统中，经常取数十层甚至上百层CT/MRI横断面图像建立数据，通过三维重建，可获得任意的治疗部位横断切面、冠状切面和矢状切面图像，同时也可显示任意治疗部位3个切面的等剂量线分布及任意兴趣体积(volume of interest，VOI)被等剂量面的包绕情况。所谓等剂量线(面)，是指在平面(空间)相同剂量的点连接而成的曲线(曲面)。对于二维等剂量线分布，一个较好的治疗计划应满足临床剂量学4项原则，计划设计者应该关注在任意切面90%或以上等剂量线是否完全包含计划靶区(PTV)在该切面的面积，同时应关注50%等剂量线所包含的面积，并保证重要器官在高值等剂量线以外。典型的二维等剂量线分布见图2-2，这是个调强放疗计划，显示了横断面、冠状面和矢状面的等剂量线分布，图中的箭头所示说明脊髓和腮腺得到了有效的保护。

由于二维等剂量线分布没有提供靶区和正常组织所受照射剂量的整体信息，三维等剂量分布很好地弥补了这一不足之处。三维等剂量分布图一方面显示设计者所勾画器官和靶区的立体形状，另一方面可显示不同数值等剂量面包绕的区域。治疗计划系统常采用伪彩技术，不同颜色体积表示不同照射剂量值，并结合三维平移旋转技术，从不同角度和不同距离定性观察等剂量面与靶区形状的适合度，以及重要器官卷入高照射剂量区的程度。同样，设计者应比较关心90%或以上等剂量面是否完全包绕靶区，是否在某些方向距离靶区太远。如果是，则表示治疗区包含正常组织过多，适形度较差;50%等剂量面包绕范围是否过大，重要器官是否卷入某一照射剂量区以及卷入程度等等。典型的三维等剂量面分布见图2-3，从各个角度可查看到25 Gy剂量所卷入的正常器官。

图2-2　二维等剂量线分布

图2-3　三维等剂量面分布

等剂量分布工具是给设计者定性观察剂量分布的，如果需要定量描述某些数值，如靶区的平均照射剂量、最小照射剂量以及重要器官被某一照射剂量卷入的体积等等，用以评估肿瘤控制率和正常组织并发症发生的概率，就需要新的评价手段。