自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)的安裝與校驗(yàn)

張鐵權(quán) 盛洪國 徐振華

近年來,以生物引導(dǎo)放射治療、圖像引導(dǎo)放射治療、劑量引導(dǎo)放射治療和放射影像組學(xué)為代表的新技術(shù)推動(dòng)著放射治療向以"精確定位""精確計(jì)劃"和"精確治療"為終極目標(biāo)的"三精放射治療"時(shí)代邁進(jìn),使其腫瘤靶區(qū)的照射劑量顯著提高,局控率和治療效果得以改善[1].同時(shí),腫瘤靶區(qū)周圍正常組織的受照劑量顯著降低,放射治療不良反應(yīng)的發(fā)生率明顯下降,患者生活質(zhì)量得以提高[2].精確定位是實(shí)現(xiàn)"三精放射治療"的基礎(chǔ),放射治療激光定位系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精確定位的重要工具之一,為臨床治療工作提供有效參考信息,因此加強(qiáng)其驗(yàn)證及調(diào)整顯得尤其重要[3].

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,對激光定位系統(tǒng)的使用提出了更高的要求.為此,本研究對新購置的Synergy VMAT型影像引導(dǎo)容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療系統(tǒng)(瑞典Elekta公司)及Discovery CT590RT型放射治療模擬定位機(jī)(美國GE公司)以及配套CYRPA HIT5型自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)的安裝、測試和校準(zhǔn)過程進(jìn)行探討.

1 材料與方法

1.1 檢測工具

采用Discovery CT590RT型放射治療模擬定位機(jī)(美國GE公司);CYRPA HIT5型自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)(瑞典C-RAD AB公司),系統(tǒng)配備5個(gè)可移動(dòng)激光燈源、控制電腦和智能質(zhì)量保證(quality assurance,QA)校準(zhǔn)模體.

5個(gè)可移動(dòng)激光燈燈源中兩側(cè)的激光燈投射冠狀位激光線,可實(shí)現(xiàn)水平面的上下位置調(diào)節(jié),頂部的激光燈投射矢狀面,上方兩側(cè)的激光燈投射橫斷面.

1.2 檢測方法

每個(gè)可移動(dòng)激光燈燈源內(nèi)部含有紅色和綠色光源,波長分別為635 nm和532 nm,紅、綠激光線精細(xì)度均<1 mm,線長可達(dá)到3 m以上.激光線的移動(dòng)和微調(diào)由多組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),配合雙編碼器實(shí)現(xiàn)高精度控制,紅綠兩種顏色的燈光可以隨時(shí)切換,每個(gè)移動(dòng)激光燈均可提供50 cm以上的移動(dòng)范圍,并提供旋轉(zhuǎn)及傾斜的微調(diào).

智能QA模體上包含12個(gè)光電傳感器元件,可以探測到激光線的位置,每條激光線都能照射到至少3個(gè)傳感元件,實(shí)現(xiàn)激光面偏差的檢查和修正.智能模體的位置由CT影像確認(rèn),智能模體與控制電腦無線通訊可實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn),智能模體校準(zhǔn)后激光線在中心的精度可達(dá)±0.1 mm.

2 激光定位系統(tǒng)的安裝

2.1 整體安裝

CYRPA HIT5型自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)的激光燈配備智能校準(zhǔn)QA模體,安裝第一步將智能QA模體對準(zhǔn)CT內(nèi)中心,使QA模體的傳感器中心與CT內(nèi)中心重合.借助CT內(nèi)置激光擺放智能QA模體,執(zhí)行CT掃描,QA模體上設(shè)置有CT可見的特定標(biāo)記點(diǎn),可借助CT的網(wǎng)格查看工具等,重建影像確認(rèn)智能QA模體中心是否與CT內(nèi)中心重合,見圖1.

圖1 CT掃描圖像檢查智能校準(zhǔn)模體擺放偏差

CT掃描圖像上可見有機(jī)玻璃上的標(biāo)記點(diǎn),由此檢查智能校準(zhǔn)模體擺放偏差.若滿足重合,則進(jìn)行下一步;若不滿足重合,相應(yīng)調(diào)整智能校準(zhǔn)模體后再次掃描CT確認(rèn).QA模體位置出現(xiàn)偏差后,可通過調(diào)節(jié)QA模體的3個(gè)支腳高度來調(diào)整QA模體高低,并再一次掃描QA模體以確認(rèn)模體擺位正確.模體位置確認(rèn)后通過移動(dòng)床使Y軸激光線打到模體Transversal sensor探測器2個(gè)感光葉片中間,以此完成模體位置的正確擺放.

根據(jù)用戶需求確定外激光中心,把影像確認(rèn)過位置的智能模體通過退CT床一定距離(如50 cm),將智能模體的中心定義為外激光中心.將激光經(jīng)緯儀置于智能QA模體中心,垂直線對齊傳感器中心,此時(shí)經(jīng)緯儀中心與智能QA模體中心重合且為外激光中心.

2.2 部件安裝

(1)冠狀位和橫截面激光:提供冠狀位和橫斷位激光的參考位點(diǎn),在墻壁標(biāo)記好安裝位點(diǎn),根據(jù)可移動(dòng)激光燈的鋁合金安裝背板的孔位標(biāo)記鉆孔點(diǎn)位.

(2)矢狀位和頂部激光:確保激光頭在軌道中間位置,對準(zhǔn)零位,使激光燈頭與經(jīng)緯儀投線重合,確定激光的安裝位置.

(3)固定激光模塊:安裝于墻面時(shí),根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的位置先安裝背板,用黃銅鉚釘固定于混凝土墻面,用內(nèi)六角螺絲將激光模塊固定于背板.安裝鋁柱時(shí),鋁柱由基板固定在地面,把激光模塊的直角支架固定于鋁合金管槽內(nèi),并安裝激光模塊.地面基板應(yīng)使用長螺釘固定在地面,以確保穩(wěn)固.

(4)調(diào)整發(fā)光二極管旋轉(zhuǎn):用六角扳手放松光源固定螺絲,使其能自由滑動(dòng),打開激光經(jīng)緯儀投射垂線到表面,分別轉(zhuǎn)動(dòng)激光燈二極管使紅綠兩條線都盡可能與經(jīng)緯儀垂線平行,同時(shí)紅綠線也要重合.

3 激光定位系統(tǒng)的自動(dòng)校驗(yàn)

CYRPA HIT5型自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)主要分為5個(gè)步驟,即檢測傳感器原件(圖2)、校準(zhǔn)紅光旋轉(zhuǎn)度、校準(zhǔn)紅光傾斜度、校準(zhǔn)綠光旋轉(zhuǎn)度和校準(zhǔn)綠光傾斜度.

圖2 檢測傳感器原件

在軟件界面選擇要校準(zhǔn)的激光線(如左前側(cè)),在下級菜單中選擇自動(dòng)校準(zhǔn).在自動(dòng)校準(zhǔn)界面使用Test Cells功能測試光電傳感器是否檢測到激光,完成后應(yīng)顯示檢測完成(Detection completed).這時(shí)可以點(diǎn)擊Start按鈕開始自動(dòng)校準(zhǔn),自動(dòng)校準(zhǔn)遵循前文所述順序,采用迭代的方法不斷微調(diào)步進(jìn)電機(jī)修正激光光源的方向,使激光線準(zhǔn)確投射在光電傳感器中央,界面右側(cè)圖表中顯示迭代進(jìn)度.完成后將提示自動(dòng)校準(zhǔn)完成(Automatic calibration finished),操作人員可肉眼確認(rèn)激光線落在傳感器中間位置.校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)保存在Phantom.xml文件中,可根據(jù)需要備份,自動(dòng)校準(zhǔn)界面見圖3.

圖3 自動(dòng)校準(zhǔn)界面

4 結(jié)果

通過對CYRPA HIT5型自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)調(diào)試,激光定位系統(tǒng)達(dá)到放射治療定位精度要求,測試結(jié)果見表1.

表1 CRYPA HIT5型自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)校驗(yàn)表

5 結(jié)論

放射治療的模擬定位是治療的第一步和基礎(chǔ),以后的各個(gè)環(huán)節(jié)都要以定位的圖像和數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ),此環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差將作為系統(tǒng)誤差貫穿治療過程的始終.放射治療的模擬定位環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差會(huì)造成放射治療時(shí)的劑量分布的變化,影響患者的治療效果或者引起放射治療并發(fā)癥,尤其對現(xiàn)代精確放射治療更是如此[4].激光定位系統(tǒng)是放射治療模擬定位裝置的一部分,激光定位系統(tǒng)在患者體內(nèi)建立3D坐標(biāo)系,借助這個(gè)坐標(biāo)系得到放射治療的等中心3個(gè)方向的擺位數(shù)值,并和放射治療機(jī)的3D坐標(biāo)系發(fā)生關(guān)聯(lián),完成患者的治療擺位過程[5-6].激光定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確與否,直接關(guān)系到腫瘤定位和放射治療計(jì)劃的精確實(shí)施.在激光定位系統(tǒng)的使用過程中,由于地基震動(dòng)、墻體變形、熱脹冷縮、重力下垂以及機(jī)械磨損等原因,激光線會(huì)產(chǎn)生漂移[7].物理師做質(zhì)量控制時(shí)檢查出激光線等中心的偏移數(shù)值超出精確放射治療所允許的范圍,則需對激光燈進(jìn)行校準(zhǔn)[8].目前,國內(nèi)安裝的激光定位燈大部分是機(jī)械式,校準(zhǔn)時(shí)需手動(dòng)調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的幅度缺乏可控性,需要反復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)才能達(dá)到要求,但耗時(shí)較長[9].CYRPA HIT5型自動(dòng)放射治療激光定位系統(tǒng)具有可自由切換的紅綠雙光源,可滿足不同膚色人群的治療需要,同時(shí)避免由于某個(gè)光源損壞影響患者治療.電子自動(dòng)化校準(zhǔn)模體校準(zhǔn)精度高,重復(fù)性好,減輕物理師的勞動(dòng)強(qiáng)度,縮短調(diào)校時(shí)間,簡化操作流程,提高機(jī)器的利用率,為精確放射治療和正常人體組織及危及器官的射線防護(hù)提供更有力度的保障,對臨床治療效果的改善有重大意義,能為患者的治療帶來更多積極的影響[10-11].