放射治療中如何計算準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)

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

放射治療計劃設計;治療床;準直器;距離

0 引言

調(diào)強放射治療(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旋轉(zhuǎn)到治療床平面以下向上或斜向上照射，這會帶來一個問題:在機架(Gantry)旋轉(zhuǎn)到治療床面以下的過程中安裝于機架上端的準直器會不會與治療床碰撞?若未發(fā)生碰撞，兩者間的最小距離有多大?這是物理師在設計治療計劃之前必須考慮的問題。放射治療中不同升床高度情況下治療床到準直器的最小間距是不同的，筆者使用三角函數(shù)方法詳細計算了該距離，并與實際測量值對比，希望該計算結(jié)果對物理師和治療技師在設計和執(zhí)行放療計劃時有所幫助。

1 材料和方法

選用VARIAN 2300 EX直線加速器為研究對象，治療床為Exact Couch Top with Unipanel，Large window，治療計劃系統(tǒng)使用ECLIPSE 8.6。計算中所用參數(shù)來源于VARIAN圖紙及實際測量。

計算方法及結(jié)果:實際治療中已發(fā)現(xiàn)準直器與治療床發(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準直器到治療床面或治療床支架側(cè)下緣的最小間距。為了計算的方便先建立數(shù)學模型，然后使用三角函數(shù)來計算具體數(shù)值，模型中治療床位于居中位置(在左右方向上)。

通過VARIAN圖紙及實測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，等中心點到準直器下端面中心點距離為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1表示治療床面，圖標2表示治療床支架，圖標3表示準直器。準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點和A點。圖1中繪制兩個圖標3，只是代表準直器在不同的位置。OE·=OE=39.7 cm，表示等中心點到準直器下端面中心點的距離，其中OE·經(jīng)過B點，B E·為準直器到治療床面?zhèn)认戮壍淖钚【嚯x，設B E·=y;OE經(jīng)過A點，AE為準直器到治療床支架側(cè)下緣的最小距離，設AE=z。

在計算B E·、AE時，還應計算對應的機架(Gantry)角度。按照加速器上規(guī)定的角度，計算B E·時對應的機架角度為180°+∠E·OM，設該角度為α;計算AE時對應的機架角度為180°+∠EOM，設該角度為β。

OD為升床高度，設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)關系升床高度OD與B E·之間的關系及此時機架角度可表示為:

表1 不同升床高度OD(cm)時B E·(cm)及機架角計算表

表2 不同升床高度OD(cm)時AE(cm)及機架角計算表

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

表4 不同升床高度OD(cm)時AE測量結(jié)果(與表2中的相同)

表5 計算表3中“測量值B E·(cm)”與表1中“計算值B E·(cm)”的差值及該差值的平均值和標準差

表6 計算表4中“測量值AE(cm)”與表2中“計算值AE(cm)”的差值及該差值的平均值和標準差

同理，升床高度OD與AE之間的函數(shù)可表示為:

此時，機架角度可表示為:

(5)對比公式(2) (5)，發(fā)現(xiàn)當x=2.624時，y=z，即B E·等于AE，準直器到治療床面?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B E·和AE是不同的。為了比較兩者的大小關系，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20 cm。為了使用上述參數(shù)的方便，通過公式(2) (3) (5)(6)計算出兩組數(shù)據(jù)，如表1和表2，其中升床高度OD選擇1 cm間隔。

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

計算數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)的對比分析:為了數(shù)據(jù)處理的方便，使用MATLAB 7.0編寫簡易程序計算表1及表2中的數(shù)據(jù)，并將對應的計算值與測量值對比分析，其結(jié)果如表5和表6。表5中計算值和測量值的差值平均值為0.213，標準差為0.0458;表6中計算值和測量值的差值平均值為0.181，標準差為0.0546，可見計算值和測量值基本一致，可作為設計治療計劃的參考數(shù)據(jù)。其中存在的誤差，可能由三方面原因引起:其一，測量誤差;其二、該設備已使用四年，機械部件間有一定的磨損及機械間隙;其三、開始使用的已知數(shù)據(jù)主要來源于加速器圖紙，該數(shù)據(jù)對每臺同型號的設備是相同的，但每臺設備安裝完成后各機械參數(shù)間肯定存在一定誤差。由此可見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)驗來判斷準直器與治療床之間的關系，對多數(shù)治療計劃而言這是可行的，但對一些特殊情況就難以確保計劃的順利執(zhí)行。例如:在設計顱腦內(nèi)膠質(zhì)細胞瘤或單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤的調(diào)強計劃，由于許多瘤體生長在眼球后方或側(cè)后方位置，為了保護眼球，定位時特意使用25°頭架，使頭顱升高，眼球組織前移，在設計計劃時照射野可以避開眼球，直接照射腫瘤組織。但這又帶來一個新的問題，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)，若此時有照射野從治療床面以下向上斜照射，準直器是否會碰撞治療床，這是設計計劃前必須解決的問題，否則在進入治療程序時才發(fā)現(xiàn)問題，就需要重新設計計劃，這無疑會延誤患者治療。另外，對于一些盆腔部的腫瘤，經(jīng)常采用俯臥位體架，此類體架會將患者體位升高，如果腫瘤生長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(相當于OD)將增大，物理師在設計計劃時會遇到和上例中相同的問題。上述兩例主要是針對計劃設計的情況。此外，在計劃執(zhí)行中治療安全也是非常關鍵的，對于一些身體較為寬大、肥胖的患者，其左右體寬會超過治療床面的寬度，在定位時，其體位較為標準，機架旋轉(zhuǎn)至90°或270°時準直器與患者兩側(cè)肩部還有一定空間，但進入治療時，患者體位可能有一定改變(兩肩不自主放松等)，此時準直器是否會碰撞到患者，或者準直器到患者的距離還有多遠，這是治療技師必需清楚的。所以治療安全中也要考慮準直器到治療床之間的距離?？梢姡瑢τ谖锢韼熀椭委熂紟煻?，掌握一套準確的參數(shù)是非常必要的。

當然，在上述計算和測量中主要是針對機架角度在180°～270°范圍內(nèi)的情況，對于機架角度在90°～180°范圍的情況并未考慮。其實，90°～180°和180°～270°兩種情況是對稱分布的，只需將表1、表2中的機架角度改為關于圖1中直線OD對稱分布的角度便可。另外，上述計算中始終假設治療床居于中間位置，而在實際治療中，針對不同的腫瘤位置，有時治療床需要在左右方向上移動一定距離，此時，準直器到治療床距離的計算方法將在上述方法的基礎上有所調(diào)整，可將公式(1)的BN和公式(4)的AM調(diào)整為“BN+治療床左右移動距離”及“AM+治療床左右移動距離”，應注意“治療床左右移動距離”有正負之分，如感興趣，可自行計算。

上述計算測量是針對VARIAN 2300 EX機型，對于其它機型可參照上述方法，但所需基本參數(shù)要按照具體機型確定。

3 結(jié)論

通過公式(1) ～(6)的函數(shù)關系可以準確的計算出不同升床高度情況下準直器與治療床之間的最小距離，對于升床高度在0～20cm之間的情況計算結(jié)果如表1和表2，經(jīng)測量驗證，該數(shù)據(jù)與測量結(jié)果一致，可作為設計治療計劃時的參考數(shù)據(jù)。

［1］胡逸民 .腫瘤放射物理學 ［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］王國民.腫瘤三維適形與束流調(diào)強放射治療學［M］.復旦大學出版社，2005:125－133.

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

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