王勇

(泉州市第一醫(yī)院 放療科，福建泉州362000)

放射治療中如何計(jì)算準(zhǔn)直器到治療床的間距

王勇

(泉州市第一醫(yī)院 放療科，福建泉州362000)

目的:放射治療中，如何計(jì)算在不同升床高度情況下準(zhǔn)直器與治療床之間的距離，為治療計(jì)劃設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)，以確保治療計(jì)劃的順利執(zhí)行。方法:先建立數(shù)學(xué)模型，利用三角函數(shù)的方法計(jì)算升床高度在0～20cm范圍內(nèi)準(zhǔn)直器與治療床之間的距離，并在相同條件下實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證。結(jié)論:利用三角函數(shù)方法計(jì)算上述參數(shù)是可行的，文中表1和表2中提供的參數(shù)經(jīng)測(cè)量驗(yàn)證，符合實(shí)際情況，可作為設(shè)計(jì)和執(zhí)行治療計(jì)劃的參考數(shù)據(jù)。

放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì);治療床;準(zhǔn)直器;距離

0 引言

調(diào)強(qiáng)放射治療(IMRT)已成為一種普遍使用的放療技術(shù)，該技術(shù)一般采用多野集束照射，其中有部分照射野可能會(huì)旋轉(zhuǎn)到治療床平面以下向上或斜向上照射，這會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題:在機(jī)架(Gantry)旋轉(zhuǎn)到治療床面以下的過(guò)程中安裝于機(jī)架上端的準(zhǔn)直器會(huì)不會(huì)與治療床碰撞?若未發(fā)生碰撞，兩者間的最小距離有多大?這是物理師在設(shè)計(jì)治療計(jì)劃之前必須考慮的問(wèn)題。放射治療中不同升床高度情況下治療床到準(zhǔn)直器的最小間距是不同的，筆者使用三角函數(shù)方法詳細(xì)計(jì)算了該距離，并與實(shí)際測(cè)量值對(duì)比，希望該計(jì)算結(jié)果對(duì)物理師和治療技師在設(shè)計(jì)和執(zhí)行放療計(jì)劃時(shí)有所幫助。

1 材料和方法

選用VARIAN 2300 EX直線加速器為研究對(duì)象，治療床為Exact Couch Top with Unipanel，Large window，治療計(jì)劃系統(tǒng)使用ECLIPSE 8.6。計(jì)算中所用參數(shù)來(lái)源于VARIAN圖紙及實(shí)際測(cè)量。

計(jì)算方法及結(jié)果:實(shí)際治療中已發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)直器與治療床發(fā)生碰撞的位置主要在治療床面?zhèn)认戮壖爸委煷仓Ъ軅?cè)下緣，所以這里只研究不同升床高度時(shí)準(zhǔn)直器到治療床面或治療床支架側(cè)下緣的最小間距。為了計(jì)算的方便先建立數(shù)學(xué)模型，然后使用三角函數(shù)來(lái)計(jì)算具體數(shù)值，模型中治療床位于居中位置(在左右方向上)。

通過(guò)VARIAN圖紙及實(shí)測(cè)可得到一些主要的已知參數(shù):

(1)加速器等中心距離SAD為100cm，等中心點(diǎn)到準(zhǔn)直器下端面中心點(diǎn)距離為39.7 cm。

(2)治療床面寬度為53 cm，厚度為2.4 cm;治療床支架的寬度為46.2 cm，高度為8.9 cm，居中對(duì)稱安裝在治療床面下方。

(3)建立模型如圖1所示。

圖1 模型

其中圖標(biāo)1表示治療床面，圖標(biāo)2表示治療床支架，圖標(biāo)3表示準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直器最可能與治療床面及治療床支架側(cè)下緣碰撞，如圖1中的B點(diǎn)和A點(diǎn)。圖1中繪制兩個(gè)圖標(biāo)3，只是代表準(zhǔn)直器在不同的位置。OE·=OE=39.7 cm，表示等中心點(diǎn)到準(zhǔn)直器下端面中心點(diǎn)的距離，其中OE·經(jīng)過(guò)B點(diǎn)，B E·為準(zhǔn)直器到治療床面?zhèn)认戮壍淖钚【嚯x，設(shè)B E·=y;OE經(jīng)過(guò)A點(diǎn)，AE為準(zhǔn)直器到治療床支架側(cè)下緣的最小距離，設(shè)AE=z。

在計(jì)算B E·、AE時(shí)，還應(yīng)計(jì)算對(duì)應(yīng)的機(jī)架(Gantry)角度。按照加速器上規(guī)定的角度，計(jì)算B E·時(shí)對(duì)應(yīng)的機(jī)架角度為180°+∠E·OM，設(shè)該角度為α;計(jì)算AE時(shí)對(duì)應(yīng)的機(jī)架角度為180°+∠EOM，設(shè)該角度為β。

OD為升床高度，設(shè)OD=x;DN=2.4 cm，為治療床面厚度;BN=26.5 cm，為治療床面寬度的一半;NM=8.9 cm，為治療床支架高度;AM=23.1 cm，為治療床支架寬度的一半。

(4)按照三角函數(shù)關(guān)系升床高度OD與B E·之間的關(guān)系及此時(shí)機(jī)架角度可表示為:

表1 不同升床高度OD(cm)時(shí)B E·(cm)及機(jī)架角計(jì)算表

表2 不同升床高度OD(cm)時(shí)AE(cm)及機(jī)架角計(jì)算表

表3 不同升床高度OD(cm)時(shí)B E·測(cè)量結(jié)果(與表1中的相同)

表4 不同升床高度OD(cm)時(shí)AE測(cè)量結(jié)果(與表2中的相同)

表5 計(jì)算表3中“測(cè)量值B E·(cm)”與表1中“計(jì)算值B E·(cm)”的差值及該差值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

表6 計(jì)算表4中“測(cè)量值A(chǔ)E(cm)”與表2中“計(jì)算值A(chǔ)E(cm)”的差值及該差值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

同理，升床高度OD與AE之間的函數(shù)可表示為:

此時(shí)，機(jī)架角度可表示為:

(5)對(duì)比公式(2) (5)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)x=2.624時(shí)，y=z，即B E·等于AE，準(zhǔn)直器到治療床面?zhèn)认戮壓椭委煷仓Ъ軅?cè)下緣的最小距離相同，而在多數(shù)情況下同一升床高度OD時(shí)B E·和AE是不同的。為了比較兩者的大小關(guān)系，建立新函數(shù):

從治療安全的角度考慮，建議升床高度不要超過(guò)20 cm。為了使用上述參數(shù)的方便，通過(guò)公式(2) (3) (5)(6)計(jì)算出兩組數(shù)據(jù)，如表1和表2，其中升床高度OD選擇1 cm間隔。

實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證:在VARIAN 2300 EX直線加速器下測(cè)量，測(cè)量條件按照表1和表2中提供的數(shù)據(jù)(升床高度和機(jī)架角度)，用卡尺直接測(cè)量B E·和AE。數(shù)據(jù)如表3和表4。

計(jì)算數(shù)據(jù)與測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比分析:為了數(shù)據(jù)處理的方便，使用MATLAB 7.0編寫(xiě)簡(jiǎn)易程序計(jì)算表1及表2中的數(shù)據(jù)，并將對(duì)應(yīng)的計(jì)算值與測(cè)量值對(duì)比分析，其結(jié)果如表5和表6。表5中計(jì)算值和測(cè)量值的差值平均值為0.213，標(biāo)準(zhǔn)差為0.0458;表6中計(jì)算值和測(cè)量值的差值平均值為0.181，標(biāo)準(zhǔn)差為0.0546，可見(jiàn)計(jì)算值和測(cè)量值基本一致，可作為設(shè)計(jì)治療計(jì)劃的參考數(shù)據(jù)。其中存在的誤差，可能由三方面原因引起:其一，測(cè)量誤差;其二、該設(shè)備已使用四年，機(jī)械部件間有一定的磨損及機(jī)械間隙;其三、開(kāi)始使用的已知數(shù)據(jù)主要來(lái)源于加速器圖紙，該數(shù)據(jù)對(duì)每臺(tái)同型號(hào)的設(shè)備是相同的，但每臺(tái)設(shè)備安裝完成后各機(jī)械參數(shù)間肯定存在一定誤差。由此可見(jiàn)存在一定的誤差是可以接受的。

2 討論

一般情況下，物理師依據(jù)自已的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷準(zhǔn)直器與治療床之間的關(guān)系，對(duì)多數(shù)治療計(jì)劃而言這是可行的，但對(duì)一些特殊情況就難以確保計(jì)劃的順利執(zhí)行。例如:在設(shè)計(jì)顱腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞瘤或單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，由于許多瘤體生長(zhǎng)在眼球后方或側(cè)后方位置，為了保護(hù)眼球，定位時(shí)特意使用25°頭架，使頭顱升高，眼球組織前移，在設(shè)計(jì)計(jì)劃時(shí)照射野可以避開(kāi)眼球，直接照射腫瘤組織。但這又帶來(lái)一個(gè)新的問(wèn)題，一般將治療等中心放在腫瘤中心處，使用25°頭架后顱內(nèi)腫瘤相對(duì)于治療床面升高了，即等中心到治療床面的距離也加大了(如前文中OD)，若此時(shí)有照射野從治療床面以下向上斜照射，準(zhǔn)直器是否會(huì)碰撞治療床，這是設(shè)計(jì)計(jì)劃前必須解決的問(wèn)題，否則在進(jìn)入治療程序時(shí)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就需要重新設(shè)計(jì)計(jì)劃，這無(wú)疑會(huì)延誤患者治療。另外，對(duì)于一些盆腔部的腫瘤，經(jīng)常采用俯臥位體架，此類體架會(huì)將患者體位升高，如果腫瘤生長(zhǎng)在靠近患者體后表淺位置，那么腫瘤中心到治療床面的距離(相當(dāng)于OD)將增大，物理師在設(shè)計(jì)計(jì)劃時(shí)會(huì)遇到和上例中相同的問(wèn)題。上述兩例主要是針對(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)的情況。此外，在計(jì)劃執(zhí)行中治療安全也是非常關(guān)鍵的，對(duì)于一些身體較為寬大、肥胖的患者，其左右體寬會(huì)超過(guò)治療床面的寬度，在定位時(shí)，其體位較為標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)至90°或270°時(shí)準(zhǔn)直器與患者兩側(cè)肩部還有一定空間，但進(jìn)入治療時(shí)，患者體位可能有一定改變(兩肩不自主放松等)，此時(shí)準(zhǔn)直器是否會(huì)碰撞到患者，或者準(zhǔn)直器到患者的距離還有多遠(yuǎn)，這是治療技師必需清楚的。所以治療安全中也要考慮準(zhǔn)直器到治療床之間的距離?？梢?jiàn)，對(duì)于物理師和治療技師而言，掌握一套準(zhǔn)確的參數(shù)是非常必要的。

當(dāng)然，在上述計(jì)算和測(cè)量中主要是針對(duì)機(jī)架角度在180°～270°范圍內(nèi)的情況，對(duì)于機(jī)架角度在90°～180°范圍的情況并未考慮。其實(shí)，90°～180°和180°～270°兩種情況是對(duì)稱分布的，只需將表1、表2中的機(jī)架角度改為關(guān)于圖1中直線OD對(duì)稱分布的角度便可。另外，上述計(jì)算中始終假設(shè)治療床居于中間位置，而在實(shí)際治療中，針對(duì)不同的腫瘤位置，有時(shí)治療床需要在左右方向上移動(dòng)一定距離，此時(shí)，準(zhǔn)直器到治療床距離的計(jì)算方法將在上述方法的基礎(chǔ)上有所調(diào)整，可將公式(1)的BN和公式(4)的AM調(diào)整為“BN+治療床左右移動(dòng)距離”及“AM+治療床左右移動(dòng)距離”，應(yīng)注意“治療床左右移動(dòng)距離”有正負(fù)之分，如感興趣，可自行計(jì)算。

上述計(jì)算測(cè)量是針對(duì)VARIAN 2300 EX機(jī)型，對(duì)于其它機(jī)型可參照上述方法，但所需基本參數(shù)要按照具體機(jī)型確定。

3 結(jié)論

通過(guò)公式(1) ～(6)的函數(shù)關(guān)系可以準(zhǔn)確的計(jì)算出不同升床高度情況下準(zhǔn)直器與治療床之間的最小距離，對(duì)于升床高度在0～20cm之間的情況計(jì)算結(jié)果如表1和表2，經(jīng)測(cè)量驗(yàn)證，該數(shù)據(jù)與測(cè)量結(jié)果一致，可作為設(shè)計(jì)治療計(jì)劃時(shí)的參考數(shù)據(jù)。

［1］胡逸民 .腫瘤放射物理學(xué) ［M］.北京，原子能出版社，1999:341－366，421－426.

［2］VARIAN圖紙，High Energy Systems，DATA BOOK，10021350－02，Couch/Turntable.

［3］王國(guó)民.腫瘤三維適形與束流調(diào)強(qiáng)放射治療學(xué)［M］.復(fù)旦大學(xué)出版社，2005:125－133.

［4］涂彧.放射治療物理學(xué)［M］.北京，原子能出版社，2010: 493－516.

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2015－04－18