放射治疗计划助手——一种简化且完全自动化的放射治疗计划系统
2018年4月11日
放射治疗是一种高度复杂的癌症治疗方法，在实施前需要多位专家共同制定治疗计划并进行质量保证（QA）。本方案描述了使用全自动系统——放射治疗计划助手（Radiation Planning Assistant, RPA）——来生成高质量放射治疗计划的方法。
本方案描述了使用完全自动化的系统——放射治疗计划助手（Radiation Planning Assistant）来创建高质量放射治疗计划的方法。放射治疗计划助手（RPA）可改善治疗计划工作流程，尤其适用于资源有限的临床机构。RPA 还实现了大部分轮廓勾画过程的自动化。
这将显著减少放射肿瘤科医生在治疗计划上所需花费的时间。放射治疗计划辅助系统（RPA）所采用的算法已由经验丰富的放射肿瘤科医生进行了广泛评估，包括对剂量分布的定量评估。RPA 的许多部分，包括头颈部治疗计划中正常组织的勾画，目前已在我们的临床实践中常规使用。
在日常工作中，我也正在使用宫颈癌自动靶区勾画功能。用户需要适应一些新的界面，包括计划批准和CT批准界面。此处提供的可视化演示将有助于这一过程。
使用独立图标或从放射治疗计划助手控制中心工作区打开计划订单工作区。要创建新的计划订单，请先点击“新建”，然后完成第一部分“人口统计信息”。
输入病历号和患者姓名。选择相应的治疗部位，可选项包括头颈部、宫颈、乳腺及其他部位。
接下来，完成第二部分：一般治疗。填写有关性别/妊娠状态、既往放疗史、起搏器及其他植入物的问题。填写关于自动启动或技术人员的问题。
然后，完成第三部分“治疗特异性”。通过选择相应的单选按钮，选定头颈部原发部位及淋巴结阳性受累情况。后续部分将根据这些选择自动确定。
通过选择相应的单选按钮，确认或更改颈段和咽后淋巴结的照射范围。然后，选择相应的单选按钮，指明这些范围对应的是CTV1还是CTV2。接下来，选择治疗设备和治疗技术。
通过单击相应的单选按钮选择治疗方案。确认或更改治疗处方。如需更改处方，请在文本框中输入所需的分次剂量。
然后，确认正常组织剂量限值的合理性。保存计划医嘱，系统将生成计划医嘱的 PDF 文件。审阅最终的计划医嘱。
如果最终的计划订单正确，请点击“批准”。要批准 CT 图像，请点击 CT 批准图标。点击需要批准的 CT 扫描图像。
查看以等中心点为中心的 CT 图像切片。单击“加载全部”以查看所有 CT 图像。评估等中心点位置及 CT 图像质量。
如果CT图像、切片数量、方向和数据均正确，请点击“批准”。等待控制中心中的患者数据状态显示为W。此时即可进行勾画审核。
单击 W 图标或 ROI 审批。将打开勾画审阅与审批工作区。审阅所有已勾画的组织和靶区。
要编辑结构，首先从下拉列表中选择感兴趣的结构。然后，单击微调图标，并在每个 CT 层面上编辑轮廓。如有必要，手动勾画出大体肿瘤体积和阳性淋巴结。
为此，请从下拉列表中选择目标结构。单击手动勾画图标，然后在每个 CT 层面上绘制该结构。接下来，为头颈部病例创建临床靶区体积。
为了扩大阳性淋巴结中的 GTV，点击 GTV 以生成 CTV。若要手动勾画 CTV1，请从结构列表中选择 CTV1。点击手动勾画图标，然后在每一层 CT 图像上绘制该结构。
根据需要审查并编辑 CTV1。单击 CTV 以生成 PTV 并进行审查。如有必要进行修改，但请记住，这些外扩范围需考虑轮廓勾画和患者摆位中存在的一系列不确定性。
要编辑 PTV，请从下拉列表中选择相应的 PTV。点击微调图标或其它编辑图标。检查所有轮廓，然后点击批准 ROI。
ROI 确认后，治疗计划流程将自动进行。请注意任何警告信息，并根据需要添加说明备注。治疗计划完成后应进行审核。
它在控制中心中显示为一份计划审查文件。按照文本方案中所述，进行技术审查和最终计划传输。此处显示的是一名舌根鳞状细胞癌患者自动生成的容积旋转调强放疗（VMAT）计划的剂量分布。
经主治放射肿瘤科医生审核，确认该计划可用于治疗。阴影区域显示计划靶区体积。红色对应 PTV1，蓝色对应 PTV2，黄色对应 PTV3。
线条表示自动生成计划的等剂量线分布。图中显示的为一名宫颈癌患者采用四野盒式治疗时自动生成的射野孔径。经经验丰富的放射肿瘤科医生审核，确认其中90%至96%的射野具有临床适用性。
平均而言，这些计划耗时21分钟。此处展示的是用于辅助审查通过RPA自动生成的放射治疗计划的图表说明。此示例页面用于审查自动生成的体轮廓。
其中包含主算法的结果、一些需要用户回答的问题，以及一个供用户审阅的病例库案例。观看本视频后，您应能够充分了解如何使用放射治疗计划助手（Radiation Planning Assistant）创建放射治疗计划。需要特别注意的是，由RPA生成的计划必须由合格的专业人员进行审核，包括放射肿瘤科医生和医学物理师。
为了提高初始计划的质量，RPA 包含了大量内部和独立的计算。这些计算用于自动验证治疗计划各个方面的质量，包括相关计算、射野光阑以及轮廓。目前，RPA 可自动为头颈部治疗创建 VMAT 计划，并为宫颈癌治疗创建四野箱式计划。
我们正在积极增加其他解剖部位，包括胸壁。
概述
本方案描述了使用完全自动化的系统——放射治疗计划助手（Radiation Planning Assistant, RPA）来生成高质量放射治疗计划的方法。RPA 可优化治疗计划工作流程，并自动化大部分勾画过程，显著缩短放射肿瘤科医生所需的时间。
关键研究组成部分
科学领域
- 放射治疗
- 癌症治疗
- 自动化治疗计划
背景
- 放射治疗具有复杂性，需要各专业人员之间的协作。
- 治疗实施前的质量保证至关重要。
- 该放射治疗自动化系统已由经验丰富的放射肿瘤科医生进行评估。
- 自动化系统可提高资源有限的医疗机构的工作效率。
研究目的
- 简化放射治疗计划制定流程。
- 减轻放射肿瘤科医生的工作负担。
- 通过自动化确保高质量的治疗计划。
使用的方法
- 放射治疗计划助手（RPA）的应用。
- 正常组织和肿瘤体积的自动勾画。
- 通过用户界面逐步创建治疗计划。
- 放射肿瘤科医生参与的审核与批准流程。
主要结果
- RPA 已被整合到常规临床实践中。
- 由 RPA 生成的计划被确认具有临床适用性。
- 平均而言，治疗计划的创建耗时 21 分钟。
- 广泛的内部计算可验证所生成计划的质量。
结论
- RPA 显著提高了放射治疗计划的效率。
- 自动化系统可改善资源有限环境中的医疗质量。
- 所生成的计划需由合格人员进行全面审核。
常见问题
行业重要性概述
放射治疗计划助手（RPA）通过自动完成勾画和计划生成，简化了放射治疗计划流程，减轻了肿瘤科医生的工作负担，并提高了工作流程效率。该自动化系统可支持生成一致且高质量的计划结果，尤其适用于资源有限的临床环境。RPA 可与商业化的治疗计划和剂量验证系统集成，实现可扩展且可重复的计划流程，满足肿瘤药物开发中发现阶段的预测建模与转化验证需求。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过生成标准化、可重复的治疗方案，实现对临床前模型中辐射敏感性的假设验证。
- 操作价值：减少辐射剂量的变异性，支持在靶点验证研究中对肿瘤反应和正常组织毒性的可靠评估。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：提供可量化的剂量分布输出，可与筛选实验中的生物标志物表达或基因谱型相关联。
- 操作价值：自动完成计划生成，提高放射增敏剂或放射防护剂高通量筛选的通量和一致性。
转化与临床前研究
- 科学价值：通过在与疾病相关的模型中实现精确的影像引导放疗递送，支持机制性风险降低，提高治疗指数的预测可信度。
- 操作价值：通过标准化的规划工作流程，促进从发现到临床前验证的连续性，降低技术变异性。
流程与工作流整合
RPA 通过在临床前模型中实现标准化的辐射暴露，支持先导化合物的鉴定和临床前研究，从而融入肿瘤学发现的连续过程，确保治疗递送的一致性和可量化性。
- 发现生物学：通过在体外和体内模型中实现精确、自动化的辐射剂量控制，帮助验证假设，明确辐射反应中的通路参与机制。
- 筛选：通过生成可重复的处理方案，提升检测准备效率，使不同条件下化合物效应的可靠比较成为可能。
- 分析：提供定量的剂量-体积直方图和等剂量分布，使研究团队能够评估辐射计划的质量及其生物学影响。
- 转化研究：通过提供与临床方案一致的影像引导规划，连接临床前研究的连续性，支持与生物标志物匹配的研究设计。
- 企业级复用：可在多个项目中重复使用的规划功能，减少设置时间，并确保基于辐射的研究具有一致性。
运营与企业影响
- 科学价值：对辐射反应的预测置信度，降低肿瘤与正常组织权衡中的机制模糊性。
- 操作价值：在不同研究和机构间实现治疗计划的标准化、可重复性和可扩展性。
- 战略价值：在放射性核素或放射治疗联合疗法开发中做出更优的决策，提高资本效率，降低后期生物学风险。
- 项目组合影响：基于一致且可验证的计划质量，对辐射调节剂进行风险调整后的优先排序。
实施注意事项
- 需具备放射肿瘤学、医学物理及治疗计划软件操作方面的专业知识。
- 需通过API与商业治疗计划系统及次级剂量验证工具进行集成。
- 输入要求的标准化：经批准的治疗计划医嘱和模拟CT图像。
- 针对不同解剖部位和治疗模式（如容积调强弧形治疗VMAT与固定野）的适应性考虑。
- 尽管轮廓勾画和计划步骤已实现自动化，最终计划的批准仍依赖于合格人员的审核。
