淺析數(shù)字化影像在放射治療質(zhì)量保證中的應(yīng)用

【作 者】姜瑞瑤，李斌，傅深

上海交大附屬第六人民醫(yī)院，上海，200233

隨著計算機、圖像處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，三維數(shù)字化影像已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到腫瘤放射治療領(lǐng)域，三維適形放療技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟,并逐步向調(diào)強放射治療技術(shù)、影像引導(dǎo)的放射治療技術(shù)發(fā)展[1]。本院建立了一套以西門子LANTIS為基礎(chǔ)的放療數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，在每一個機房配備一套網(wǎng)絡(luò)終端，可以隨時調(diào)用、融合和傳送各種數(shù)字化影像，為數(shù)字化影像在放射治療中的應(yīng)用提供了有效的技術(shù)平臺。通過各種KV級、MV級實時數(shù)字化影像和三維重建影像在放療質(zhì)量保證中的應(yīng)用，為治療前放療射野中心及治療范圍的驗證、治療中擺位精度校正和放療設(shè)備和物理特性QA檢查等方面提供了有效的手段，保證放射治療質(zhì)量，提高放射治療精度。

1 模擬定位機拍攝的KV級驗證片與治療計劃三維重建影像的比較驗證

對每位腫瘤患者在治療計劃應(yīng)用至實際治療前，都要進行模擬定位機拍攝的KV級驗證片與治療計劃三維重建影像的比較驗證。將治療計劃系統(tǒng)設(shè)計的射野MLC形狀通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到模擬定位機工作站，與模擬機拍攝的KV級影像進行匹配融合，如圖1左圖所示。然后，將該融合后的KV級實時影像與由治療計劃三維重建獲得的DRR（三維重建影像）影像進行比較，如圖1右圖所示。以檢查驗證照射野中心和治療范圍的準確性。

圖1 模擬定位片與治療計劃DRR比較Fig.1 Comparison of simulate image and digital reconstructed radiograph

2 直線加速器射野驗證儀拍攝的MV級驗證片進行放射治療擺位精度的校正

放射治療的精確擺位是治療計劃正確無誤、完整實施的極其重要的環(huán)節(jié)，每位腫瘤患者的治療方案經(jīng)過模擬定位機拍攝的KV級驗證片與治療計劃三維重建影像的比較驗證后，在執(zhí)行治療以前還要在直線加速器射野驗證儀下拍攝MV級驗證片進行放射治療擺位精度的校正。

擺位精度校正流程圖如圖2所示。采用電子射野影像系統(tǒng)或CR的IP板拍攝患者治療體位正側(cè)位驗證片，與三維治療計劃系統(tǒng)得出的數(shù)字重建模擬圖像或模擬機拍攝的定位驗證片做比較，一般以骨骼和氣腔的輪廓作為參考標記物計算偏移量，如果誤差在允許范圍以內(nèi)，則可以執(zhí)行治療。否則，要查找原因,重新定位、重新設(shè)計計劃，重新擺位驗證直至達到要求[2]才能執(zhí)行治療方案。首次治療后，每周在治療機下采用射野驗證儀（EPID）或CR的IP板拍攝治療驗證片，與首次驗證片或模擬定位片、治療計劃DRR片做比較，計算偏移量、移床，進行擺位精度校正，提高擺位治療精度保證療效。

圖2 擺位精度校正流程Fig.2 Flow chart of the positioning precision calibration

3 CR和EPID影像在治療設(shè)備和物理學QA檢查中的應(yīng)用

放射治療的質(zhì)量保證包括放療設(shè)備和物理技術(shù)兩方面，CR和EPID影像在治療設(shè)備和物理學QA檢查中起著重要作用?？梢圆捎肅R和EPID影像檢查直線加速器機械等中心精度和光野射野一致性，以及多頁光柵到位精度檢查。由于加速器多葉光柵由幾十套獨立的馬達驅(qū)動系統(tǒng)組成，在連續(xù)運動過程中存在位置移動誤差，而且多頁光柵葉片間存在少量漏射線，這些因素都有可能導(dǎo)致放射治療誤差的擴大。我們采用CR的IP板或EPID進行多葉準直器葉片運動到位精度驗證：設(shè)計多頁光柵1cm間隙出束序列，每個間隙相隔5cm,每周定期采用CR的IP板或EPID拍攝驗證片，檢查MLC運動到位精度如圖3所示。

近年來三維調(diào)強放療技術(shù)在全國各大醫(yī)院得到蓬勃開展，使腫瘤得到更好的殺滅，而正常組織和危機器官得到更好的保護。我們探索用CR來拍攝調(diào)強放療劑量通量圖，如圖4所示，可以直觀地判別MLC葉片的間隙，從而進行校正，以保證加速器治療精度。

4 CT影像在治療計劃劑量計算中的應(yīng)用及質(zhì)量保證

三維適形調(diào)強放療技術(shù)將CT掃描影像用于放療計劃設(shè)計和基于組織密度修正的三維劑量分布計算。放療劑量分布的計算依賴于CT影像的三維虛擬重建和CT值到組織的相對物理密度或電子密度的轉(zhuǎn)換[3]。因此，定期進行CT值得校準和CT值與相對電子密度關(guān)系的校正是放療CT模擬定位質(zhì)量控制的重要工作，是放療技術(shù)質(zhì)量保證的重要方面。

美國醫(yī)學物理家協(xié)會AAPM83號報告建議每個月和每次調(diào)整設(shè)備或更換主要部件后，需要驗證CT值的準確性。我們每月采用固定的CT工作參數(shù)和影像掃描條件在模體中進行3-5種CT值校驗。圖5所示為參考模體中分別采用頭部和胸部掃描條件進行每月CT值檢測的結(jié)果，CT測量值與理論計算值偏差控制在3%-5%。圖6所示為水模體中分別采用頭部和胸部掃描條件進行每月CT值檢測的結(jié)果，CT測量值控制在3HU內(nèi)，符合美國醫(yī)學物理家協(xié)會AAPM＜5HU要求。

圖3 CR檢查MLC到位精度Fig.3 CR check the MLC positioning precision

圖4 CR檢查調(diào)強放療通量Fig.4 CR check the fluence map of IMRT

圖5 參考模體CT值每月QA檢測Fig.5 Mensal QA check of CT number in

三年來，我們每年使用CIRS的電子密度校準模體，在相同掃描條件下進行CT值與相對電子密度校正曲線的測量，結(jié)果見圖7所示。從圖中可以看到，2008年和2009年CT值與相對電子密度校正曲線變化不明顯。而2007年電子密度較大的組織CT值得變化比較大，需要在治療計劃中進行修正，才能得到精確的劑量計算結(jié)果。

5 不同種類和不同時期影像的對比，隨訪療效

通過數(shù)字化放療網(wǎng)絡(luò)我們可以將三維治療計劃系統(tǒng)生成的DRR（三維重建影像）、模擬定位機拍攝的KV級驗證片和直線加速器射野驗證儀拍攝的MV級驗證片在各個機房的工作站或網(wǎng)絡(luò)終端上進行融合比較。利用網(wǎng)絡(luò)軟件提供的圖像處理功能，如亮度、對比度調(diào)節(jié)、圖像拉伸、放大、銳化，黑白反轉(zhuǎn)、測量和三維重建等，同時可以對兩個或兩個以上的不同圖像進行比較分析，不但實現(xiàn)病人等中心位置驗證照射野形狀范圍驗證和擺位精度校正，還可將不同時期治療前、治療中、治療后的CT、MR、EPID 等圖像與治療后復(fù)查的圖像進行對比分析，以進行隨訪，觀察療效和結(jié)果。

總之，以數(shù)字化影像為基礎(chǔ)的三維適形放射治療、調(diào)強放射治療、立體定向放射治療以及圖像引導(dǎo)的放射治療技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)三分之二的放射治療中心實施[4]，數(shù)字化影像在放療質(zhì)量保證中起著重要作用，特別是各種KV級和MV級實時影像在放療質(zhì)量保證中的應(yīng)用，實現(xiàn)三維重建影像與實時拍攝影像的比較以及放射治療擺位精度的校正，使得放療質(zhì)量和精度都得到很大提高。

圖6 水模體CT值每月QA檢測Fig.6 Mensal QA check of CT number reference phantom in water

圖7 CT值-相對電子密度校正曲線比較Fig.7 Comparison of CT-relative electron density calibration curve

[1] 姜瑞瑤,李斌. 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)在放射治療中的應(yīng)用[J]. 中國醫(yī)療器械雜志, 2006，30（3）：215-217.

[2] 翟福山,劉明,王安峰等. 放療網(wǎng)絡(luò)的臨床應(yīng)用[J]. 中華放射腫瘤學雜志, 2005，14（1）：56-57.

[3] 鄧小武,黃劭民,祁振宇. CT模擬機的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證檢驗[J].中國腫瘤, 2004，13（9）546-550.

[4] 張紅志. 放射治療質(zhì)量保證：新技術(shù)的挑戰(zhàn)[J]. 世界醫(yī)療器械,2009，15（6）：10.