基于MV級(jí)能量成像的EPID劑量率響應(yīng)特性測(cè)試

魏黎黎，韓 軍，程軍平，張 甜，胡 斌，余 毅

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院 放療中心，湖北武漢430023)

基于MV級(jí)能量成像的EPID劑量率響應(yīng)特性測(cè)試

魏黎黎，韓 軍，程軍平，張 甜，胡 斌，余 毅

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院 放療中心，湖北武漢430023)

目的:探討直線加速器不同劑量率和不同劑量對(duì)電子射野影像裝置 (EPID)圖像質(zhì)量的影響，獲取臨床應(yīng)用的最佳條件。材料方法:Las Vegas模體在固體水中，分別在不同劑量率條件下輸出1～6mu的劑量，從三個(gè)機(jī)架角方向拍攝獲取圖像進(jìn)行分析。并使用頭部假體進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果:相同劑量率、不同劑量對(duì)圖像影響不明顯;劑量率的差異對(duì)圖像影響明顯。結(jié)論:150 mu/m和300mu/m的劑量率可獲得較高分辨率與對(duì)比度的驗(yàn)證圖像，適合臨床應(yīng)用。

電子射野影像裝置;Las Vegas模體;劑量率;圖像質(zhì)量

IMRT的廣泛應(yīng)用以及對(duì)放療精度的要求，使得驗(yàn)證圖像的質(zhì)量顯得尤為重要，射野位置的驗(yàn)證也成為放射治療質(zhì)量保證的重要內(nèi)容［1，2］。在IMRT中，頭部的誤差范圍允許前后，左右，頭腳方向?yàn)椤堋?mm之內(nèi)，頸、胸上段食管癌部為前后，左右，頭腳方向≤±3mm之內(nèi)，在這樣的要求下，圖像驗(yàn)證是基本的和必要的要求［3，4］。而直線加速器作為MV級(jí)高能量的治療機(jī)，與物質(zhì)發(fā)生康普頓效應(yīng)，使得EPID獲取的圖像質(zhì)量較差，本文主要是探討不同劑量率和不同劑量對(duì)EPID圖像質(zhì)量的影響，以獲取最佳的臨床使用條件。

1 材料與方法

1.1 測(cè)量原理

拉斯維加斯（ Las Vegas）圖像質(zhì)量檢測(cè)(calibration phantom assay)模塊是一種專門(mén)用于檢測(cè)放射平面圖像質(zhì)量的檢測(cè)模塊［5］，其上有28個(gè)圓孔，最大直徑14mm，最小直徑1mm，由大到小依次分布;且每個(gè)圓比較每一圖像中的圓點(diǎn)成像數(shù)目，來(lái)分析圖像的空間分辨率和對(duì)比度等指標(biāo)，如圖1所示。

1.2 測(cè)量方法

在醫(yī)科達(dá)直線加速器 (型號(hào)Precise)上，使用EPID獲取實(shí)驗(yàn)圖像并使用圖像軟件 (IVIEWGT ELECTRONIC PORTAL IMAGING)來(lái)分析圖像。測(cè)量方法為:能量6MV，射野25cm×25cm，使用15cm的固體水來(lái)模擬人體頭部厚度，固體水中間夾Las Vegas摸體，源至模體距離為SAD=100cm，源至EPID距離為 SSD=140cm，選用0°，90°，270°三個(gè)不同機(jī)架角度和4檔劑量率 75、150、300和600mu/min，機(jī)器輸出劑量為1～6mu。并利用頭模假體來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)量條件同上。

圖1 Las Vegas模塊

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)共獲得45副Las Vegas模體圖像，其中75mu/m劑量率和600mu/m劑量率圖像顯示可以識(shí)別12～14個(gè)圓點(diǎn)但圓點(diǎn)空間分辨率，對(duì)比分辨率，對(duì)比度，顯示不清晰，圓點(diǎn)邊緣不銳利。由表1可見(jiàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

150mu/m劑量率和300mu/m劑量率顯示可以識(shí)別18～20個(gè)圓點(diǎn)，空間分辨率，對(duì)比分辨率，對(duì)比度，等多項(xiàng)指標(biāo)要好很多，圖2a從75劑量率的圖中可以看到11個(gè)圓點(diǎn)，但大部分圓點(diǎn)看不清，圖像中心還出現(xiàn)像容積效應(yīng)一樣的表現(xiàn)，使圖像中圓點(diǎn)失真，圖像中圓點(diǎn)邊緣和周?chē)芏热诤?。由圖2b 150劑量率和圖2c 300劑量率的圖中可以看到較清晰圓點(diǎn)20個(gè)，圖像中圓點(diǎn)間分布清晰可見(jiàn)，圖像從左至右第一豎排圓點(diǎn)邊緣銳利;由圖2d 600劑量率圖中可以看到16個(gè)圓點(diǎn)，圖像從左至右第二豎排和第四豎排中圓點(diǎn)內(nèi)部呈現(xiàn)高劑量表現(xiàn)。

圖2 實(shí)驗(yàn)圖像1

研究表明［6，7］Elekta公司的 Precise加速器10MVX射線照射Las Vegas體模獲得的圖像在質(zhì)量上優(yōu)于廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)圖像，結(jié)論每一個(gè)放療中心在使用EPID時(shí)必須要有一套完整的QA體制，避免用不可靠的工具去檢測(cè)，定期進(jìn)行質(zhì)量保證與控制是一項(xiàng)重要的工作任務(wù)。

根據(jù)上述結(jié)果，不同的劑量率相同的機(jī)器輸出跳數(shù)，如果給予的劑量率過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)圖像造成影響，在對(duì)仿真頭膜 (topslane)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，同樣給出了三個(gè)不同機(jī)架角度:0°，90°，270°; 75mu/min、150mu/min、300mu/min、600mu/min，對(duì)頭部采集了3組數(shù)據(jù)。75劑量率和600劑量率條件下，圖像內(nèi)部結(jié)構(gòu)接近軟組織部分，顯示高劑量率表現(xiàn)邊緣不銳利。300劑量率條件下圖像對(duì)比分辨率升高，對(duì)比分辨率越高仿真頭膜顯像越清晰層次感越強(qiáng)，圖像對(duì)比度識(shí)別好。150劑量率時(shí)，頭膜成像邊緣銳利。150劑量率和300劑量率所表現(xiàn)圖像的空間分辨率，對(duì)比分辨率，對(duì)比度明顯優(yōu)于75劑量率，600劑量率。

圖3a從75劑量率仿真頭模中分析得到圖中內(nèi)部接近軟組織部分和中間低密度有融合表現(xiàn);圖 3b 150劑量率仿真頭模的邊緣銳利，近軟組織部分呈略高劑量表現(xiàn);圖3c 300劑量率內(nèi)部接近軟組織部分，空間分辨率，對(duì)比分辨率，等多項(xiàng)指標(biāo)要好很多，是最接近臨床驗(yàn)證適合圖像;圖3d 600劑量率因劑量率過(guò)高使圖像中間部分和兩邊部分呈現(xiàn)高劑量分布，從而丟失仿真頭模圖像中信息，機(jī)器輸出跳數(shù)不同（1～6mu)對(duì)相同劑量率圖像質(zhì)量的影響不明顯。

圖3 實(shí)驗(yàn)圖像2

這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以很快定位出所需要驗(yàn)證圖像參數(shù)，提高驗(yàn)證時(shí)間，快速定位出圖像空間分辨率，保證區(qū)分最小物體能力以及成像系統(tǒng)觀察細(xì)節(jié)能力，即可區(qū)分兩物體的最短距離，同時(shí)也降低患者接受最小的輻射劑量，為配準(zhǔn)提供重要幫助，對(duì)IMRT驗(yàn)證精度得到很大提高，很好的保證治療部位準(zhǔn)確性。

3 討論

研究表明［8］從臨床工作效率考慮，提取特征的速度比特征解剖部位要快的多但特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)和空間位置對(duì)配準(zhǔn)效果有影響，重復(fù)性不高，從配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性角度考慮，由于解剖部位的信息量比特征點(diǎn)大的多，配準(zhǔn)的效果也會(huì)好，但EPID圖像中多數(shù)骨性標(biāo)志較小，且因解剖結(jié)構(gòu)模糊，如蝶鞍，棘突等細(xì)小器官的提取的誤差點(diǎn)大，配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性就低，因此在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中對(duì)仿真頭膜進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)頭膜邊緣，頭膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，可以找到很多細(xì)小的結(jié)構(gòu)變化，對(duì)驗(yàn)證提供很大幫助，根據(jù)病人具體情況給予合適劑量率，達(dá)到驗(yàn)證要求，如針對(duì)對(duì)邊緣顯示銳利，選用150劑量率，針對(duì)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，選用300劑量率。

不同劑量率相同的MU從假體頭膜數(shù)據(jù)中擬定3組數(shù)據(jù)機(jī)架0°150mu/min，4mu;300mu/min，4mu對(duì)比度84%，亮度50.5%機(jī)架90°150mu/min，4mu;300mu/min，4mu對(duì)比度84%，亮度52%機(jī)架270°150mu/min，4mu;300mu/min，4mu對(duì)比度84%亮度52% 在這基礎(chǔ)上加以 (±5%～8%)調(diào)整，獲得內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰和邊緣銳利的驗(yàn)證圖像。上述研究結(jié)果為后續(xù)患者驗(yàn)證提供參考。

研究比較CR與屏 (銅)片成像增加0.5mm厚度銅材料的濾過(guò)板臨床實(shí)驗(yàn)［9］，有助于成像質(zhì)量的改善?？傊蠖鄶?shù)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)是增加高能射線濾過(guò)提高圖像質(zhì)量，而從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出改變劑量率同樣可以提高圖像質(zhì)量，研究表明對(duì)于患者的正位和側(cè)位圖像能較好的控制擺位誤差［10］;能簡(jiǎn)潔快速地驗(yàn)證光野和射野一致性;能大概地驗(yàn)證治療計(jì)劃系統(tǒng) (TPS)中調(diào)強(qiáng)射野的注量圖;能檢驗(yàn)多葉準(zhǔn)直器 (MLC)的到位精度，充分合理地利用EPID，可在放療中進(jìn)行多項(xiàng)質(zhì)量保證，保證精確放療，因此IMRT中圖像驗(yàn)證是保證醫(yī)生，物理師所做工作最后實(shí)施的最重要一個(gè)環(huán)節(jié)，如果驗(yàn)證中心不準(zhǔn)確將會(huì)使之前工作付之東流，所以在IMRT驗(yàn)證中獲得一張高分辨率高對(duì)比度的圖像，在驗(yàn)證時(shí)可以更快更準(zhǔn)的定位出治療位置誤差。

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1002－2376(2015)03－0013－03

2015－01－17