OmniPro I’mRT分析軟件與平板式掃描儀在螺旋斷層放療計劃驗證中的應(yīng)用

劉海，杭霞瑜，李益坤，

張新良，丁巍

中國人民解放軍第八一醫(yī)院 放療科，江蘇 南京 210002

0 前言

膠片因其固有的優(yōu)良特性（劑量學(xué)特性及空間分辨率）被廣泛地運用于調(diào)強放療計劃的驗證環(huán)節(jié)[1-2]。傳統(tǒng)水洗膠片在劑量驗證過程中因受到諸多環(huán)節(jié)的影響，如最佳洗片條件的不確定性等，可能導(dǎo)致定性分析最終無法實現(xiàn)[3]。自顯影膠片投入使用后，因其可排除暗室顯影環(huán)節(jié)等諸多外界因素的干擾，極大地提高了膠片法的可靠性和準確度[4-5]。目前，螺旋斷層放射治療（Helical Tomotherapy，HT）計劃驗證的標準配置方法也為膠片法，主要通過其治療計劃系統(tǒng)（Tomo Planning Station，TomoPS）中的DQA模塊對經(jīng)Vidar DosimetryPRO Advantage膠片數(shù)字化儀采集的膠片數(shù)據(jù)進行劑量學(xué)分析。由于其分析缺乏比對性，當數(shù)據(jù)不理想，尤其當數(shù)據(jù)分析過程中產(chǎn)生錯誤時，第三方的驗證方法就顯得十分必要。筆者運用IBA公司的OmniPro I’mRT（OI）分析軟件、EPSON平板式RGB掃描儀（FS）及GAFchromic EBT3自顯影膠片，對隨機抽取的12例HT計劃進行劑量驗證，并同標配方法進行對比分析，研究兩者在治療計劃質(zhì)量保證過程中的性能差異及第三方驗證方法的可行性。

1 材料與方法

1.1 驗證模體圖像的獲取

采用飛利浦MX8000型CT模擬定位機掃描用激光燈定位后的CheesePhantom模體，掃描層厚為2 mm，圖像經(jīng)DICOM方式傳輸至TomoPS系統(tǒng)，作為驗證模體圖像供計劃系統(tǒng)質(zhì)量保證DQA模塊調(diào)用以及模體的劑量計算。

1.2 病例的選擇與模體劑量的計算

隨機抽取12例治療物理參數(shù)（治療準直寬度、螺距比及調(diào)制因子[6-8]）不同的病例，涵蓋鼻咽癌、肺癌、肝癌、前列腺癌及宮頸癌等。將模體移植入選定病例的計劃輻射場中進行劑量計算，生成DQA驗證計劃同時得到模體的劑量分布，選取高劑量低梯度區(qū)的感興趣點和感興趣層面作為驗證數(shù)據(jù)并記錄數(shù)值。

1.3 劑量校準

1.3.1 膠片劑量的標定

將EBT3自顯影膠片水平放置于TomoPhantom模體，深度為10 mm，在膠片下方深20 mm模體處插入Standard Imaging A1SL指形電離室，并與TomoElectrometer劑量儀相連接在機架角0°，射野5×5 cm2，SSD=85 cm的條件下，取1 s、5 s、10～ 50 s等若干照射時間出束于膠片不同位置，同時記錄相對應(yīng)的劑量儀讀數(shù)，根據(jù)d20/d10（深度20 mm與10 mm的劑量比值）的百分深度劑量（PDD）比值推算出膠片劑量。

1.3.2 膠片數(shù)字化儀的校準

使用階梯黑度校準片分別對Vidar DosimetryPRO Advantage膠片數(shù)字化儀與EPSON V750Pro平板式掃描儀做線性校準。使用Film Analyzer和OmniPro I’mRT分析軟件對校準膠片進行劑量刻度，分別得到兩套分析方法的膠片劑量刻度曲線。

1.4 測量驗證的執(zhí)行與數(shù)據(jù)分析

在操作工作站（PS）上選取驗證計劃，使用紅激光燈（移動）擺位模體；將EBT3自顯影膠片夾放于模體冠狀面中，標記綠激光燈（固定）在膠片上的投影位置以標志膠片基準點（機器等中心位置）；另外在模體特定位置插入電離室用以測量驗證計劃的絕對劑量，執(zhí)行驗證計劃完成對模體及膠片的照射。將膠片經(jīng)Vidar數(shù)字化儀掃描產(chǎn)生的DICOM圖像導(dǎo)入TomoPS，與驗證計劃的計算劑量進行比較分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)；將膠片經(jīng)平板式掃描儀掃描產(chǎn)生的TIF格式膠片圖像與從TomoPS生成并導(dǎo)出的驗證計劃冠狀面計算劑量AscⅡ編碼圖像文件輸入OmniPro I’mRT分析軟件進行比較分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。分析方法采用γ分析法（臨床廣泛采納的標準為：ΔDTA=3mm，ΔDD=3%[9-10]）以及等劑量曲線、離軸劑量曲線對比等。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPSS 17.0軟件對兩組數(shù)據(jù)進行處理，結(jié)果以均數(shù)±標準差（±s）表示， 比較采用配對t檢驗， 以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 平均通過率的比較

在12例驗證計劃的絕對劑量測量中，11例結(jié)果與計算值的偏差在±3%范圍內(nèi)，1例在±5%范圍內(nèi)。對于冠狀面相對劑量的γ分析（γ≤1）結(jié)果見表1，其中TomoPS配合Vidar膠片數(shù)字化儀的平均通過率為（97.32%±1.16%），OI配合平板掃描儀的平均通過率為（96.40%±1.01%），P＜0.05，雖然兩者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，但通過率都較高。

表1 兩種方法下12例計劃的驗證通過率（%）

2.2 數(shù)據(jù)符合度與相關(guān)性

兩組數(shù)據(jù)具有良好的符合度。Pearson相關(guān)性分析結(jié)果r=0.919，P＜0.05，顯示兩組數(shù)據(jù)具有極強相關(guān)性。

2.3 劑量學(xué)比較

圖1為導(dǎo)入OmniPro I’mRT分析軟件的AscⅡ編碼圖像與平板式掃描儀掃描圖像。等劑量曲線分析結(jié)果（圖2）表明，兩種方法均顯示，計算曲線與驗證曲線具有較好的重合性。離軸劑量曲線比較結(jié)果（圖3）表明，兩者在相同空間位置上都取得了優(yōu)良的一致性。

3 討論

通過對12例Tomotherapy計劃的驗證過程可以看出，OmniPro I’mRT分析軟件配合平板掃描儀取得了較理想的結(jié)果。OmniPro I’mRT分析軟件利用從TomoPS導(dǎo)出的AscⅡ編碼圖像文件，可以與膠片文件進行等劑量曲線、離軸劑量曲線以及γ分析等劑量學(xué)比較。由于使用同一膠片，兩組數(shù)據(jù)分析比較的結(jié)果很大程度上為膠片影像數(shù)字化過程所左右，因此可以說膠片數(shù)字化儀決定了膠片劑量分析結(jié)果能否客觀地體現(xiàn)驗證質(zhì)量[11-12]。不同于醫(yī)用滾筒式膠片掃描儀的發(fā)光二極管（LED）光源，平板式膠片掃描儀一般采用冷陰極熒光燈（CCFL）作為光源，工作前需要較長時間的預(yù)熱才能達到掃描所需的穩(wěn)定亮度，從而保持掃描性能穩(wěn)定。醫(yī)用滾筒式膠片掃描儀在配套軟件下掃描的圖像可直接轉(zhuǎn)換成標準DICOM格式保存，平板式掃描儀則不具備此功能，只能存儲成TIF等格式，為分析軟件所應(yīng)用。另外，對膠片掃描質(zhì)量影響較大的一個指標是掃描儀的動態(tài)密度范圍（也稱光密度值OD），它是指掃描儀所能測量到的最亮及最暗色調(diào)之間的差值。掃描儀的原理是光源照射膠片后對透射光聚焦成像，膠片中的暗調(diào)部分對光線幾乎完全吸收，只有少量光會透射出來，高OD值的掃描儀能準確捕捉到這些微弱的透射光，而低OD值的掃描儀則無法完整記錄這些暗部的細微層次，只有動態(tài)密度高的掃描儀才能經(jīng)得起高光和暗部層次的掃描考驗。醫(yī)用滾筒式膠片掃描儀的OD值范圍一般能達到0.0～4.0，而平板式掃描儀的OD值往往都要低于醫(yī)用滾筒式膠片掃描儀，導(dǎo)致兩者在成像質(zhì)量上會產(chǎn)生一定的差距。Matney與Ferreira等通過實驗分別對小畫幅（A4）和大畫幅（A3）平板式膠片掃描儀從掃描方向效應(yīng)、響應(yīng)一致性以及掃描噪聲等方面與醫(yī)用滾筒式膠片掃描儀作了較詳細的比較研究[13-14]。Alnawaf等則對EPOSN的10000XL、V700和V330 3型不同幅面的平板式掃描儀從對EBT膠片的掃描質(zhì)量和性價比方面作了橫向比較[15]。Schoenfeld等則進一步研究了平板式掃描儀方向效應(yīng)和拋物線偽影產(chǎn)生的原因及注意事項[16]。上述研究的因素都應(yīng)為臨床使用時所考慮。另外，為保證掃描質(zhì)量，需要定期對平板掃描儀做線性校準；掃描膠片時除了要注意膠片方向的一致性外，對EBT自顯影膠片掃描條件，應(yīng)選用48位色彩深度、75 dpi分辨率TIF格式，并且需關(guān)閉軟件中色彩糾正等所有的圖像調(diào)整選項。

一些放療部門在開展新放療項目前，往往都已開展常規(guī)調(diào)強放療等工作，因此基本配備有針對常規(guī)調(diào)強放療的驗證工具，例如二維測量矩陣或膠片、膠片掃描儀以及分析軟件等。本研究在不增加其他成本的前提下，利用科室原有配置，研究了第三方的測試方法，并證實其可作為螺旋斷層放療計劃驗證的方法之一，增加了計劃驗證操作的可選性以及質(zhì)量保證手段。

圖1 TomoPS導(dǎo)出的AscⅡ編碼圖像（a）與平板掃描儀掃描圖像（b）

圖2 等劑量曲線分析結(jié)果（a為TomoPS＋VidarFD，b為OI＋FS，實線為計算曲線，虛線為實測曲線）

圖3 離軸劑量曲線分析結(jié)果（a為TomoPS＋VidarFD，b為OI＋FS）

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