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，卜祥磊，楊日贈

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，卜祥磊，楊日贈

目的:探討MatriXX 2D矩陣電離室和X線模擬定位機應(yīng)用于擋鉛射野質(zhì)量保證的方法及可靠性。方法:用MatriXX 2D矩陣電離室測得擋鉛射野的形狀和大小，應(yīng)用Matlab編程繪制出治療計劃系統(tǒng)（treatment plan system，TPS）中相對應(yīng)的射野的形狀和大?。焕肵線模擬定位機拍攝出射野擋鉛的驗證片并通過計算機上的RT PACS獲取保存，對尺寸較大的射野，使用Photoshop圖像處理軟件合成出包含擋鉛射野全部信息的驗證片；從TPS調(diào)出相對應(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對圖片包含的射野信息。結(jié)果:對60個所測擋鉛射野和計劃射野進行比較，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線模擬定位機進行擋鉛射野質(zhì)量保證，簡單易行、快速有效，能夠滿足放療質(zhì)控中對射野擋鉛的要求。

二維電離室矩陣；治療計劃系統(tǒng)；直線加速器；X線模擬定位機

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醫(yī)院得到了廣泛的應(yīng)用，而使用擋鉛將治療機的規(guī)則射野變成同靶區(qū)形狀一致的不規(guī)則射野是實現(xiàn)三維適形放射治療的必要條件之一，所以對射野擋鉛進行驗證變得十分必要，它是精心設(shè)計的治療計劃得以準(zhǔn)確實施的關(guān)鍵[1-2]。本文主要研究利用MatriXX矩陣電離室和X線模擬定位機對擋鉛射野進行驗證的方法。

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（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證

將2D矩陣電離室MatriXX連同劑量測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)與控制計算機相連，開啟MatriXX矩陣電離室的電源，對設(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MatriXX系統(tǒng)進行最低劑量5 Gy的預(yù)照射，使它的內(nèi)部達到電離平衡[3-4]。轉(zhuǎn)動直線加速器的臂架至0°（治療計劃系統(tǒng)（treatment plan system，TPS）輸出的計劃射野對射線的投照角度沒有要求，所以應(yīng)用MatriXX矩陣電離室測量時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)進行錄入，出束照射，保存MatriXX矩陣電離室測量結(jié)果[5]。

由于MatriXX測得的是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)果無法用作對擋鉛射野的精細(xì)分析。OmniPro I′mRT軟件可以對測量結(jié)果進行線性插值，將測得的粗糙結(jié)果精細(xì)化，提高測量的精度。應(yīng)用OmniPro I′mRT軟件的Convert Grid功能，設(shè)置新的采樣步長，將測量的射野結(jié)果進行轉(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的坐標(biāo)值，對射野文件中的射野信息進行Matlab編程處理，繪制出擋鉛射野的形狀和大小。在Photoshop中同時打開由MatriXX矩陣電離室測得的擋鉛射野和經(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幅圖同時顯示，如圖1所示，圖中細(xì)線為MatriXX矩陣電離室實測射野，粗線為TPS計劃射野[6]。

圖1 MatriXX實測射野同TPS計劃射野的比較結(jié)果

2.2 模擬定位機用于擋鉛射野的驗證

按照治療時的體位固定方式將患者固定在模擬定位機床面上，升降和移動治療床，通過患者定位時設(shè)置的標(biāo)記線（點）和模擬機定位系統(tǒng)的激光燈將模擬定位時的等中心位置置于模擬定位機的等中心處，根據(jù)TPS治療單上給出的移床參數(shù)升降移動床面，將制定放療計劃時設(shè)置的射野中心點移至模擬定位機的等中心處。依放療計劃所給射野的投照角度旋轉(zhuǎn)模擬定位機機架至相應(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，通過計算機上的RT PACS獲取保存[7]。由于模擬定位機的影像增強器尺寸較小，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），對尺寸較大的射野（如宮頸癌的前后對穿野）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：移動影像增強器，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圖像處理軟件對獲得的多幅包含射野局部信息的圖像進行拼接（具體見上文對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證片。

圖2 大尺寸擋鉛射野驗證片的獲取

從XIO放療計劃系統(tǒng)中調(diào)出對應(yīng)患者的帶中心點的數(shù)字重建影像（digitally reconstucted ra digraphy，DRR），對于尺寸較小的射野，可直接使用Photoshop圖像處理軟件將拍攝的X線模擬機驗證片和DRR圖片相疊加，然后測量疊加后X線模擬機驗證片和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)域為DRR圖上標(biāo)注的計劃射野的形狀和大小，細(xì)線周邊陰影圍成的密閉區(qū)域為X線模擬機攝取的實際射野的形狀和大小。對于尺寸較大的射野，需使用Photoshop圖像處理軟件將合成的包含射野全部信息的X線模擬機驗證片和DRR圖片相疊加，然后測量疊加后合成的X線模擬機驗證片和DRR圖片間的誤差，其疊加圖如圖3（b）所示。

圖3 X線模擬機射野驗證片同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，實測射野同計劃射野在射野邊緣略有差異，但總體上能夠相符。通過對使用MatriXX矩陣電離室方法測得的20幅射野疊加圖外輪廓的分析，得到MatriXX實測射野和TPS計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線模擬定位機分別獲取的小、大2種尺寸的擋鉛射野的驗證片20幅，通過對其疊加圖的外輪廓進行分析，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，也是為了保護射野內(nèi)的重要器官和正常組織免受不必要的照射。對射野擋鉛進行驗證可以防止因射野擋鉛的差錯影響患者的治療效果，避免醫(yī)療事故的發(fā)生。對射野擋鉛的驗證主要包括對擋鉛厚度的驗證和對擋鉛射野形狀、大小的驗證。擋鉛的厚度可直接用直尺測量，而檢測擋鉛射野的主要方法有利用擋鉛校驗機進行燈光投影驗證、利用治療機進行擋鉛驗證和利用模擬定位機進行擋鉛攝片驗證。利用擋鉛校驗機進行投影驗證，只是利用校驗機的燈泡對擋鉛進行光野投影的校驗，它反映的并不一定是射野的真實情況；利用直線加速器或傳統(tǒng)的X線模擬定位機雖能獲取擋鉛射野治療時的真實形狀，但它們均需攝取擋鉛射野的X線片，并對膠片進行沖洗，操作不夠方便。

應(yīng)用MatriXX矩陣電離室和連接著RT PACS的X線模擬定位機均可實現(xiàn)對擋鉛射野的無膠片化質(zhì)量保證，它們與傳統(tǒng)的射野驗證方法相比有著各自的特點。應(yīng)用MatriXX矩陣電離室對擋鉛射野進行質(zhì)量保證，能夠獲得擋鉛射野治療時的真實形狀，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%等劑量線來實現(xiàn)對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。但應(yīng)用MatriXX電離室矩陣測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線模擬定位機不但可以獲得清晰的射野驗證片，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)和器官的運動范圍，進一步確認(rèn)射野的照射范圍。由于二維放射治療在各級醫(yī)院應(yīng)用逐漸減少，X線模擬定位機的模擬定位功能逐漸被CT模擬機取代。應(yīng)用X線模擬定位機對射野擋鉛進行質(zhì)量保證可以提高機器的使用效率，降低加速器的工作負(fù)荷。由于X線模擬定位機的射線能量較低，它在有些角度下對胸腹部擋鉛射野的成像質(zhì)量不佳，另外由于X線模擬定位機的射野“井”形界定線精度無法達到mm級，所以并不能在模擬定位機下驗證射野擋鉛是否存在漏線現(xiàn)象，只能在直線加速器上進行驗證[9-10]?？傊?，MatriXX矩陣電離室和連接著RT PACS的X線模擬定位機用作對擋鉛射野的質(zhì)量保證各有利弊，但足以滿足臨床上對射野擋鉛質(zhì)控的要求。

筆者使用MatriXX矩陣電離室和X線模擬定位機對60個所測擋鉛射野和計劃射野進行比較，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線模擬定位機進行擋鉛射野質(zhì)量保證，簡單易行、快速有效，能夠滿足放療質(zhì)控中對射野擋鉛的要求。

[1]胡逸民.腫瘤放射物理學(xué)[M].北京：原子能出版社，1999.

[2]崔念基，盧泰祥，鄧小武，等.實用臨床放射腫瘤學(xué)[M].廣州：中山大學(xué)出版社，2005.

[3]張書旭，周凌宏，陳光杰，等.二維空氣電離室矩陣MatriXX系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志，2009，29（1）：100-103.

[4]張書旭，余輝，王詩琴，等.MatriXX系統(tǒng)在放療質(zhì)控中的應(yīng)用研究[J].中國輻射衛(wèi)生，2009，18（3）：272-274.

[5]楊日贈，卜祥磊，許志新，等.電離室矩陣用于加速器質(zhì)量保證：X射線[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2012，29（1）：3 096-3 098.

[6]劉佳賓，卜祥磊，劉英，等.應(yīng)用電離室矩陣進行擋鉛射野的驗證的方法探討[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2012，29（5）：3 602-3 609.

[7]Simon T A，Kahler D，Simon W E，et al.An MLC calibration method usingadetectorarray[J].MedPhys，2009，36（10）：4 495-4 503.

[8]孫振杰.調(diào)強放射治療劑量驗證研究進展[J].腫瘤研究與臨床，2007，19（9）：642-648.

[9]張惠玲，李勤，全紅，等.MatriXX在IMRT劑量驗證中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2011，28（2）：2 455-2 459.

[10]GB/T 19046—2003 醫(yī)用加速器驗收試驗和周期檢驗規(guī)程[S].

（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）；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）；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，E-mail:2890129590@qq.com