放射治疗是一个高度复杂的癌症治疗, 需要多个专家来制定治疗计划, 并提供质量保证 (QA) 之前交付给病人。该协议描述了使用全自动系统, 即辐射规划助理 (RPA), 以创建高质量的放射治疗计划。
放射规划助理 (RPA) 是一个为全自动放射治疗计划而开发的系统, 包括用于头颈癌患者的容积调制电弧疗法 (VMAT) 计划, 以及4场箱计划的患者宫颈癌。它是专门开发的内部软件的组合, 使用应用程序编程接口与商业放疗治疗计划系统进行通信。它还与商业二级剂量验证软件接口。对系统的必要投入是一个治疗计划顺序, 由放射肿瘤学家批准, 并且一个模拟计算机断层扫描 (CT) 图像, 由技师批准。爱国军然后生成一个完整的放疗治疗计划。对于宫颈癌治疗计划, 在计划完成之前不需要额外的用户干预。对于头颈部治疗计划, 在正常组织和部分目标结构自动划定 CT 图像后, 放射肿瘤学家必须检查轮廓, 必要时进行编辑。他们还描绘了肿瘤的总体积。爱国军然后完成治疗计划过程, 创建一个 VMAT 计划。最后, 已完成的计划必须由合格的临床工作人员审查。
在放射治疗诊所, 国际原子能机构 (IAEA) 建议每300名患者治疗计划者1人, 1 名放射物理学家每400名患者每年治疗1。在许多国家, 这些角色 (治疗计划者和物理学家) 结合在一起。在其他国家, 放射治疗技师 (通常称为技师) 也承担治疗规划的作用。低收入和中等收入国家 (LMICs) 在辐射肿瘤学家、医学物理学家和放射治疗技师中有严重的赤字。据估计, 到 2020年, 我们将需要额外的1.2万放射肿瘤学家、1万名医学物理学家和2.9万技术专家。2. 这些估计数是根据来自公共领域 (e. g) 的各种数据集的数据编制的, 根据欧洲放射治疗 & 肿瘤学会 (ESTRO) 和原子能机构3的建议, 人员配备水平。培训需要是巨大的。例如, 对于医学物理学家, 大多数指南建议2到3年的实习或居留, 通常在医学物理研究生院完成后4,5,6。这4年的承诺意味着需要4万人年的培训, 仅仅是为了解决全球医学物理学家的不足。
治疗规划的自动化可以减少其中一些人员不足, 特别是医学物理学家和规划人员。自动化规划可以减少辐射肿瘤学家在治疗计划上花费的时间3 , 当然在绘制放射治疗光束光圈方面也有重要作用。这项工作描述了一个完全自动化的治疗规划系统的运作, 辐射规划助理 (爱国军), 在一个由国家癌症研究所资助的项目下开发, 以最终改善全世界获得高质量放射治疗的机会。7。
图 1显示了 RPA 中实现的自动处理规划过程的概览。治疗计划任务是使用处理计划系统中的任一功能 (参见使用应用程序编程接口 (API) 控制的材料表) 来执行, 或者使用内部开发的功能。RPA 的一个关键组件是对已自动8的所有任务的独立验证。这是使用第二组不同的算法/函数实现的。将用于处理计划的主要算法的结果与次算法的结果进行比较, 并在差异大于预先确定的条件9时标记。通过独立检查和当地工作人员进一步手动检查的治疗计划准备用于病人治疗。RPA 的输出文档专门用于简化手动检查过程。
从用户的角度来看, RPA 系统的工作流显示在图 2中。对系统的输入是批准的计划订单和已批准的 CT 图像。辐射肿瘤学家创建并批准包含基本病人信息的计划顺序和有关预期计划 (处方、治疗类型、等) 的详细信息。ct 图像集也必须批准 (由 ct 技术员)。这是为了确保计划是根据正确的 CT 图像计算的。这很重要, 例如, 当多个 CT 图像集被采取的一个单一的病人。一旦 RPA 收到批准的计划订单和已批准的 CT 图像集, 将自动生成治疗计划。在某些情况下, 例如在创建4场盒宫颈癌治疗时, 以下步骤是完全自动化的, 在治疗计划就绪之前不需要额外的用户干预。在其他情况下, 如制定头部/颈部 VMAT 治疗计划, 干预是需要中途通过自动治疗过程。对于头部/颈部计划, 辐射肿瘤学家需要审查/编辑自动生成的轮廓。他们还需要描绘肿瘤的总体积 (GTV)。在这种情况下, 在收到批准的计划订单和 CTs 后, RPA 执行一些初始的轮廓任务, 包括正常组织的轮廓和某些目标。放射肿瘤学家然后审查和批准的轮廓, 和爱国军继续与其余的治疗计划任务。目前的系统已测试与 6 mv 和 18 mv x 射线的头部/颈部和子宫颈治疗计划, 分别与扁平过滤器。治疗计划完成后, 将创建一份文件, 供适当的临床工作人员、例如物理学家和辐射肿瘤学家审阅和批准。其中一些任务可以委派给其他工作人员。
现代治疗计划系统已经提供了一些自动化的规划过程。爱国军在可能的情况下集成了这些, 提供了一个完整的自动化规划过程, 这样用户就可以生成治疗计划, 而无需打开复杂的治疗规划系统界面。本手稿描述了 RPA 的协议, 然后给出了处理计划过程输出的一些示例结果。
介绍了使用辐射规划助理 (RPA) 系统创建自动处理计划步骤的一项协议。从用户的角度来看, 关键步骤是 (1) CT 批准 (2) 计划订单批准 (3) 对头颈部病例进行轮廓检查/编辑, 以及 (4) 治疗计划审查。前两个步骤的顺序是可互换的。放射规划助理目前自动创建头部/颈部 (VMAT) 和宫颈癌的放疗计划 (4 场盒), 我们目前正在制定乳腺癌治疗计划。最终目标是全面自动化放疗治疗计划的所有地点/方式, 创建一个工具, 产生安全和有效的放疗治疗计划。
当前系统有几个限制。首先, 它不能为所有治疗地点和方法制定治疗计划, 尽管我们预计它的能力会随着时间的推移而改善, 但我们还是远离所有治疗场所的全自动自动化。此外, 用户对自动化的依赖也有可能过度-这是我们试图通过包括许多独立的验证检查 (图 1) 来降低的风险。据证明, 使用我们的目的制定的计划文件来检查治疗计划将使一些潜在的错误, 由相对缺乏经验的工作人员, 但由辐射肿瘤学家审查, 并计划检查由其他合格的员工很重要。
为了响应用户的反馈, 我们期望随着时间的推移改进 RPA 接口。但是, 一般工作流和任务应与本文档中描述的内容保持类似。因此, 这份文件应继续有用。还将提供其他文档, 描述任何修改、计划检查培训、等。
目前已有例子, 自动化的具体步骤的放疗治疗计划。根据我们的知识, 这是第一个系统, 整个工作流完全自动化, 几乎不需要用户输入。该协议从用户的角度描述了操作辐射规划助理所需的重要步骤, 并生成了放疗治疗计划。
The authors have nothing to disclose.
这项工作由国家癌症研究所提供资金, 并得到了瓦里安医疗系统和无国界医疗系统的额外支持。我们目前的系统使用 Eclipse 的治疗计划功能, 和莫得3D 的剂量计算验证。
Eclipse | Varian Medical Systems | na | Treatment planning system |
Mobius 3D | Mobius Medical Systems | na | Dose calculation verification system |