鐘曉燕，段禾禎，劉佳賓，潘曉強(qiáng)，卜祥磊，楊日贈(zèng)

三維適形放射治療擋鉛射野質(zhì)量保證的方法探討

鐘曉燕，段禾禎，劉佳賓，潘曉強(qiáng)，卜祥磊，楊日贈(zèng)

目的:探討MatriXX 2D矩陣電離室和X線模擬定位機(jī)應(yīng)用于擋鉛射野質(zhì)量保證的方法及可靠性。方法:用MatriXX 2D矩陣電離室測(cè)得擋鉛射野的形狀和大小，應(yīng)用Matlab編程繪制出治療計(jì)劃系統(tǒng)（treatment plan system，TPS）中相對(duì)應(yīng)的射野的形狀和大小；利用X線模擬定位機(jī)拍攝出射野擋鉛的驗(yàn)證片并通過計(jì)算機(jī)上的RT PACS獲取保存，對(duì)尺寸較大的射野，使用Photoshop圖像處理軟件合成出包含擋鉛射野全部信息的驗(yàn)證片；從TPS調(diào)出相對(duì)應(yīng)的包含擋鉛射野信息的數(shù)字重建影像（digital reconstruction radiography，DRR）。分別比較2對(duì)圖片包含的射野信息。結(jié)果:對(duì)60個(gè)所測(cè)擋鉛射野和計(jì)劃射野進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)2種射野的形狀總體上相符，3種方式的誤差分別為（1.71± 0.84）、（2.32±0.31）和（2.89±0.47）mm。結(jié)論:利用MatriXX 2D矩陣電離室和X線模擬定位機(jī)進(jìn)行擋鉛射野質(zhì)量保證，簡(jiǎn)單易行、快速有效，能夠滿足放療質(zhì)控中對(duì)射野擋鉛的要求。

二維電離室矩陣；治療計(jì)劃系統(tǒng)；直線加速器；X線模擬定位機(jī)

0 引言

放射治療作為腫瘤綜合治療的一種有效手段，可通過提高靶區(qū)劑量、減少靶區(qū)周圍正常組織的放射損傷來提高放射治療對(duì)腫瘤的局部控制率和患者的生存率，改善患者的生存質(zhì)量。三維適形放射治療作為成熟的放射治療手段在各級(jí)醫(yī)院得到了廣泛的應(yīng)用，而使用擋鉛將治療機(jī)的規(guī)則射野變成同靶區(qū)形狀一致的不規(guī)則射野是實(shí)現(xiàn)三維適形放射治療的必要條件之一，所以對(duì)射野擋鉛進(jìn)行驗(yàn)證變得十分必要，它是精心設(shè)計(jì)的治療計(jì)劃得以準(zhǔn)確實(shí)施的關(guān)鍵[1-2]。本文主要研究利用MatriXX矩陣電離室和X線模擬定位機(jī)對(duì)擋鉛射野進(jìn)行驗(yàn)證的方法。

1 材料和設(shè)備

MatriXX 2D矩陣電離室及與之相配套的劑量測(cè)量模體和軟件系統(tǒng)OmniPro I′mRT，X線能量為6 MV的瓦里安醫(yī)用直線加速器，東芝的X線模擬定位機(jī)（帶專業(yè)托架）及與其相配套的軟件系統(tǒng)RT PACS。

2 方法

2.1 MatriXX矩陣電離室用于擋鉛射野的驗(yàn)證

將2D矩陣電離室MatriXX連同劑量測(cè)量模體放至治療床上，利用相關(guān)的標(biāo)志線將其擺放至合適的位置，通過網(wǎng)線將MatriXX系統(tǒng)與控制計(jì)算機(jī)相連，開啟MatriXX矩陣電離室的電源，對(duì)設(shè)備預(yù)加熱15min，將直線加速器的射野打至28 cm×28 cm，用6 MV的射線能量對(duì)MatriXX系統(tǒng)進(jìn)行最低劑量5 Gy的預(yù)照射，使它的內(nèi)部達(dá)到電離平衡[3-4]。轉(zhuǎn)動(dòng)直線加速器的臂架至0°（治療計(jì)劃系統(tǒng)（treatment plan system，TPS）輸出的計(jì)劃射野對(duì)射線的投照角度沒有要求，所以應(yīng)用MatriXX矩陣電離室測(cè)量時(shí)可將所有射野的射線投照方向選為垂直投照），把鉛擋塊連同托盤插進(jìn)直線加速器托架的插槽內(nèi)，根據(jù)TPS治療單給出的照射野參數(shù)進(jìn)行錄入，出束照射，保存MatriXX矩陣電離室測(cè)量結(jié)果[5]。

由于MatriXX測(cè)得的是7.62 mm×7.62 mm柵格內(nèi)的劑量，所以在工作空間內(nèi)打開的測(cè)量射野的50%等劑量線的輪廓較為粗糙，這種結(jié)果無法用作對(duì)擋鉛射野的精細(xì)分析。OmniPro I′mRT軟件可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性插值，將測(cè)得的粗糙結(jié)果精細(xì)化，提高測(cè)量的精度。應(yīng)用OmniPro I′mRT軟件的Convert Grid功能，設(shè)置新的采樣步長(zhǎng)，將測(cè)量的射野結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得精細(xì)的擋鉛射野的50%等劑量線。TPS輸出的擋鉛射野文件包含了等中心平面處組成射野邊界的所有孤立點(diǎn)的坐標(biāo)值，對(duì)射野文件中的射野信息進(jìn)行Matlab編程處理，繪制出擋鉛射野的形狀和大小。在Photoshop中同時(shí)打開由MatriXX矩陣電離室測(cè)得的擋鉛射野和經(jīng)Matlab繪制出的射野，統(tǒng)一2幅圖的度量單位，調(diào)節(jié)畫布的不透明度，使2幅圖同時(shí)顯示，如圖1所示，圖中細(xì)線為MatriXX矩陣電離室實(shí)測(cè)射野，粗線為TPS計(jì)劃射野[6]。

圖1 MatriXX實(shí)測(cè)射野同TPS計(jì)劃射野的比較結(jié)果

2.2 模擬定位機(jī)用于擋鉛射野的驗(yàn)證

按照治療時(shí)的體位固定方式將患者固定在模擬定位機(jī)床面上，升降和移動(dòng)治療床，通過患者定位時(shí)設(shè)置的標(biāo)記線（點(diǎn)）和模擬機(jī)定位系統(tǒng)的激光燈將模擬定位時(shí)的等中心位置置于模擬定位機(jī)的等中心處，根據(jù)TPS治療單上給出的移床參數(shù)升降移動(dòng)床面，將制定放療計(jì)劃時(shí)設(shè)置的射野中心點(diǎn)移至模擬定位機(jī)的等中心處。依放療計(jì)劃所給射野的投照角度旋轉(zhuǎn)模擬定位機(jī)機(jī)架至相應(yīng)位置，調(diào)整射野其他參數(shù)，將射野擋鉛連同托盤插入模擬定位機(jī)配備的專用擋塊托架插槽內(nèi)并固定好，用腳踩下透視腳踏板采集圖像，通過計(jì)算機(jī)上的RT PACS獲取保存[7]。由于模擬定位機(jī)的影像增強(qiáng)器尺寸較小，只能一次性獲取較小尺寸的射野（如鼻咽癌面頸聯(lián)合野的圖像），對(duì)尺寸較大的射野（如宮頸癌的前后對(duì)穿野）無法一次性獲取其全部信息，為此我們通過圖像拼接的方法使這一問題得以解決。具體方法為：移動(dòng)影像增強(qiáng)器，通過多次采集獲得多幅射野的局部信息圖像，使用工程軟件或Photoshop圖像處理軟件對(duì)獲得的多幅包含射野局部信息的圖像進(jìn)行拼接（具體見上文對(duì)MatriXX矩陣電離室擋鉛射野的處理過程），最終得到一幅包含射野全部信息的圖像，如圖2所示。圖2（a）和（b）為同一照射野上下2張X線驗(yàn)證片，圖2（c）為利用Photoshop圖像處理軟件將它們的等中心重合后拼接而成的驗(yàn)證片。

圖2 大尺寸擋鉛射野驗(yàn)證片的獲取

從XIO放療計(jì)劃系統(tǒng)中調(diào)出對(duì)應(yīng)患者的帶中心點(diǎn)的數(shù)字重建影像（digitally reconstucted ra digraphy，DRR），對(duì)于尺寸較小的射野，可直接使用Photoshop圖像處理軟件將拍攝的X線模擬機(jī)驗(yàn)證片和DRR圖片相疊加，然后測(cè)量疊加后X線模擬機(jī)驗(yàn)證片和DRR圖片的誤差，如圖3（a）所示，圖中由連續(xù)的細(xì)線圍成的密閉區(qū)域?yàn)镈RR圖上標(biāo)注的計(jì)劃射野的形狀和大小，細(xì)線周邊陰影圍成的密閉區(qū)域?yàn)閄線模擬機(jī)攝取的實(shí)際射野的形狀和大小。對(duì)于尺寸較大的射野，需使用Photoshop圖像處理軟件將合成的包含射野全部信息的X線模擬機(jī)驗(yàn)證片和DRR圖片相疊加，然后測(cè)量疊加后合成的X線模擬機(jī)驗(yàn)證片和DRR圖片間的誤差，其疊加圖如圖3（b）所示。

圖3 X線模擬機(jī)射野驗(yàn)證片同TPS DRR圖的比較結(jié)果

3 結(jié)果

從圖1、3的疊加圖可以看出，無論應(yīng)用MatriXX矩陣電離室還是X線模擬定位機(jī)，實(shí)測(cè)射野同計(jì)劃射野在射野邊緣略有差異，但總體上能夠相符。通過對(duì)使用MatriXX矩陣電離室方法測(cè)得的20幅射野疊加圖外輪廓的分析，得到MatriXX實(shí)測(cè)射野和TPS計(jì)劃射野間綜合位置的差為1.71 mm，均方差為0.84 mm。應(yīng)用X線模擬定位機(jī)分別獲取的小、大2種尺寸的擋鉛射野的驗(yàn)證片20幅，通過對(duì)其疊加圖的外輪廓進(jìn)行分析，得出2種尺寸的擋鉛射野間的誤差分別為（2.32±0.31）、（2.89±0.47）mm。

4 討論

在放射治療中，通過使用射野擋鉛將加速器產(chǎn)生的規(guī)則射野變成不規(guī)則射野，既是為了適應(yīng)靶區(qū)形狀的需要，也是為了保護(hù)射野內(nèi)的重要器官和正常組織免受不必要的照射。對(duì)射野擋鉛進(jìn)行驗(yàn)證可以防止因射野擋鉛的差錯(cuò)影響患者的治療效果，避免醫(yī)療事故的發(fā)生。對(duì)射野擋鉛的驗(yàn)證主要包括對(duì)擋鉛厚度的驗(yàn)證和對(duì)擋鉛射野形狀、大小的驗(yàn)證。擋鉛的厚度可直接用直尺測(cè)量，而檢測(cè)擋鉛射野的主要方法有利用擋鉛校驗(yàn)機(jī)進(jìn)行燈光投影驗(yàn)證、利用治療機(jī)進(jìn)行擋鉛驗(yàn)證和利用模擬定位機(jī)進(jìn)行擋鉛攝片驗(yàn)證。利用擋鉛校驗(yàn)機(jī)進(jìn)行投影驗(yàn)證，只是利用校驗(yàn)機(jī)的燈泡對(duì)擋鉛進(jìn)行光野投影的校驗(yàn)，它反映的并不一定是射野的真實(shí)情況；利用直線加速器或傳統(tǒng)的X線模擬定位機(jī)雖能獲取擋鉛射野治療時(shí)的真實(shí)形狀，但它們均需攝取擋鉛射野的X線片，并對(duì)膠片進(jìn)行沖洗，操作不夠方便。

應(yīng)用MatriXX矩陣電離室和連接著RT PACS的X線模擬定位機(jī)均可實(shí)現(xiàn)對(duì)擋鉛射野的無膠片化質(zhì)量保證，它們與傳統(tǒng)的射野驗(yàn)證方法相比有著各自的特點(diǎn)。應(yīng)用MatriXX矩陣電離室對(duì)擋鉛射野進(jìn)行質(zhì)量保證，能夠獲得擋鉛射野治療時(shí)的真實(shí)形狀，且該方法采用0°角照射的方式采集數(shù)據(jù)，操作方便。另外，該方法通過獲取射野的50%等劑量線來實(shí)現(xiàn)對(duì)擋鉛射野放射治療的完全模擬，克服了傳統(tǒng)方法中直線加速器下曝光射野圖像模糊不清的缺點(diǎn)。但應(yīng)用MatriXX電離室矩陣測(cè)得的射野無法提供各照射野同射野周圍人體組織器官之間的位置關(guān)系信息，而且該方法增加了加速器的工作負(fù)荷[8]。應(yīng)用X線模擬定位機(jī)不但可以獲得清晰的射野驗(yàn)證片，提供各照射野同射野周圍人體組織器官之間的位置關(guān)系信息，而且可以在透視下觀察靶區(qū)和器官的運(yùn)動(dòng)范圍，進(jìn)一步確認(rèn)射野的照射范圍。由于二維放射治療在各級(jí)醫(yī)院應(yīng)用逐漸減少，X線模擬定位機(jī)的模擬定位功能逐漸被CT模擬機(jī)取代。應(yīng)用X線模擬定位機(jī)對(duì)射野擋鉛進(jìn)行質(zhì)量保證可以提高機(jī)器的使用效率，降低加速器的工作負(fù)荷。由于X線模擬定位機(jī)的射線能量較低，它在有些角度下對(duì)胸腹部擋鉛射野的成像質(zhì)量不佳，另外由于X線模擬定位機(jī)的射野“井”形界定線精度無法達(dá)到mm級(jí)，所以并不能在模擬定位機(jī)下驗(yàn)證射野擋鉛是否存在漏線現(xiàn)象，只能在直線加速器上進(jìn)行驗(yàn)證[9-10]。總之，MatriXX矩陣電離室和連接著RT PACS的X線模擬定位機(jī)用作對(duì)擋鉛射野的質(zhì)量保證各有利弊，但足以滿足臨床上對(duì)射野擋鉛質(zhì)控的要求。

筆者使用MatriXX矩陣電離室和X線模擬定位機(jī)對(duì)60個(gè)所測(cè)擋鉛射野和計(jì)劃射野進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)2種射野的形狀總體上相符，3種方式的誤差分別為（1.71±0.84）、（2.32±0.31）和（2.89±0.47）mm，可以滿足放療中對(duì)擋鉛射野的誤差要求。利用MatriXX 2D矩陣電離室和X線模擬定位機(jī)進(jìn)行擋鉛射野質(zhì)量保證，簡(jiǎn)單易行、快速有效，能夠滿足放療質(zhì)控中對(duì)射野擋鉛的要求。

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（收稿：2014-09-13 修回：2014-12-28）

（欄目責(zé)任編校:李 影）

Quality assurance of lead block field in 3D-CRT

ZHONG Xiao-yan1,DUAN He-zhen2,LIU Jia-bin2,PAN Xiao-qiang1,BU Xiang-lei3,YANG Ri-zeng2
(1.School of Biomedical Engineering,Southern Medical University,Guangzhou 510515,China; 2.Department of Radiation Oncology,Nanfang Hospital of Southern Medical University,Guangzhou 510515,China; 3.Department of Equipment,Guangzhou Women and Children's Medical Center,Guangzhou 510623,China)

ObjectiveTo investigate the method and feasibility for applying 2D ionization chamber array MatriXX and X-ray simulator to quality assurance of lead block field in 3D-CRT.MethodsThe shape and size were measured for the lead block field with 2D ionization chamber array MatriXX,and determined for treat plan system (TPS)with Matlab.RT PACS obtained and saved the portal images of the field produced by X-ray simulator,and Photoshop software was used to generate the portal images with all information of the lead block field in case of a field with large size.The digital reconstruction radiography (DRR)images with the information on lead block field were extracted from TRS,and then the two sets of images were compared for the information on lead block field.ResultsThe comparison between 60 pairs of lead block fields and planned fields showed that the shapes of the fields accorded with each other and the errors due to the three ways were(1.71±0.84),(2.32±0.31)and(2.89±0.47)mm respectively.Conclusion2D ionization chamber array MatriXX and X-ray simulator can realize the quality assurance of lead block field in 3D-CRT easily and effectively.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（6）：98-100]

2D ionization chamber array;treatment plan system;linear accelerator;X-ray simulator

R318；TH774

A

1003-8868（2015）06-0098-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.06.098

鐘曉燕（1977—），女，博士，講師，主要從事生物醫(yī)學(xué)工程方面的研究工作，E-mail:xianglei-bu@163.com。

510515廣州，南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（鐘曉燕，潘曉強(qiáng)）；510515廣州，南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院放療科（段禾禎，劉佳賓，楊日贈(zèng)）；510623廣州，廣州市婦女兒童醫(yī)療中心設(shè)備部（卜祥磊）

楊日贈(zèng)，E-mail:2890129590@qq.com