浅层肿瘤射野影像采集装置的研制

赵瑞，张汉平，李中华

兰州军区兰州总医院 放疗科，甘肃兰州 730050

浅层肿瘤射野影像采集装置的研制

赵瑞，张汉平，李中华

兰州军区兰州总医院 放疗科，甘肃兰州 730050

目的 介绍一种浅层肿瘤放疗数字化射野影像采集装置。方法 模拟浅层肿瘤照射环境研制射野图像采集装置，获取无畸变肿瘤射野图像；借助核通Oncentra IMCON工作站或者Photoshop软件更改图像分辨率和勾画射野形状，再将数字化射野形状输出至热丝切割机或者打印机。结果利用本装置获取的放疗射野具有准确、方便、无辐射等特点。结论 本装置可直接应用于诊疗室或病房放疗，值得同行借鉴和应用。

射野影像采集装置；放射治疗；浅层肿瘤；射野

在放射治疗中，肿瘤射野的挡铅适形程度直接影响肿瘤周围正常组织或重要器官的辐射防护效果。据估计，在大的放疗中心约15%左右的患者需要应用高能电子线进行浅层肿瘤放射治疗[1]。获取浅层肿瘤射野方法主要有手持透明材料勾画法、灯光射野投影法及X线透视拍片法。手持透明材料勾画法是直接利用手持透明材料方法来勾画射野形状，此方法因主观随意性较大，获取肿瘤射野十分粗糙；灯光射野投影法是对手持透明材料勾画法的改进，即将透明材料固定于模拟定位机或加速器，利用灯光投影来勾画肿瘤射野形状[2-3]，该方法获取的肿瘤射野准确性较高，但受制于操作场地和空间影响，多有不便；X线透视拍片法是使用铅丝贴敷肿瘤射野形状，然后再利用X线透视拍片来取得肿瘤射野轨迹，这种方法获取肿瘤射野准确性虽然很高，但并不利于患者的辐射防护。

针对现有方法存在的问题和缺点，我们研究了一种浅层肿瘤数字化射野影像采集装置，以获取浅层肿瘤放疗射野。

1 设计原理

本研究主要是基于图像量测技术，即使用理想小孔成像模型（线性成像模型）来计算和分析问题。在线性成像模型中，像平面上的所有影像主体均可被实物主体的几何放大或缩小，见图1。

图1 线性成像模型

图中O点为原点，u、v分别为物距与像距，AB为实物高度，A'B'为AB在像平面上的成像高度。不难看出，A'B'可看作AB在像平面上的几何缩小，即存在AB/ A'B'＝U/V比例关系。因此，若设计一种量测影像采集装置，该装置能够模拟肿瘤照射条件采集肿瘤射野图像，将射野图像无失真转化为数字化平面图像，那么经计算机软件勾画和缩放处理后，便能达到获取相应比例肿瘤射野形状并输出的目的。

2 装置结构

基于方便临床使用的需要，装置设立移动支架，即装置可以移动至病房或接诊室使用；为保证采集距离的准确性设立调高竖杆、中心距离指示器，调高竖杆与中心距离指示器相互配合进行距离标定，中心距离指示器由金属圆盘和定长指针构成，其不仅用于图像采集距离的标定，还用于肿瘤射野中心位置的标定，金属圆盘中央设计的中心水平泡用以调整、指示肿瘤射野图像采集水平；装置设立曲折横杆，以保证与曲折杠杆连接的承载平台能够向前、后、左、右方向轻松移动；装置承载平台用于量测相机和中心距离指示器的放置与连接。肿瘤射野影像采集装置结构，见图2。

图2 肿瘤射野影像采集装置结构

3 装置的使用方法

移动、调整采集装置使承载平台位于患者肿瘤射野上方，其高度略大于中心距离指示器的定长指针长度；安装中心距离指示器于承载平台，调整承载平台，通过观察中心距离指示器中心水平泡使承载平台处于水平位置；微调调高竖杆及曲折横杆，使中心距离指示器的定长指针末端接触并指示于肿瘤射野中心；保持承载平台位置不变，取下中心距离指示器，安装量测相机，拍摄肿瘤射野图像。

4 射野图像处理

4.1 射野实际尺寸标定

图像分辨率指单位长度上所包含的像素多少，图像长边总像素值、分辨率与图像长边尺寸之间有如下公式关系：

图像长边尺寸＝图像长边总像素值/分辨率[4]

由上式知，当图像的总像素值不变时，图像尺寸与图像分辨率存在线性关系，因此，射野图像的实际尺寸（或打印尺寸）可通过更改图像分辨率获取。

图像分辨率标定方法：平铺坐标纸，于坐标纸中央位置设计和标示射野中心，如前所述操作本装置，拍摄坐标纸射野中心图像；射野图像导入Adobe Photoshop软件，使用Photoshop“直尺”工具过射野中心量取一段实际长度为Dcm的坐标线，并假设其测量值为D' cm；设当“直尺”测量工具测量坐标线长度与实际坐标线长度相等时其图像分辨率为P；使用“图像大小”窗体查看当前图像分辨率并设为P'，则图像的分辨率P可表示为：

P×D= P'×D'，即P=D' P'/D 。

P值即为“直尺”测量工具测量坐标线长度与实际坐标线长度相等时所需图像分辨率（当使用相同量测相机、相同焦距时，P值为定值）。

4.2 射野勾画与输出

在常规浅层肿瘤电子线治疗中，电子线限光筒距离射野中心5 cm，因此，在铅镆制做实际工作中，需要将射野形状缩小到95%后再用于铅模制作。制作电子线铅模时图像分辨率需更改为P×(1+95%)，为叙述方便我们设此值为F（同一量测相机、同一焦距，F为定值）。

4.2.1 核通Oncentra IMCON工作站软件勾画与输出[5]

打开核通模拟定位机Oncentra IMCON软件，导入患者射野图像；根据图像分辨率定值F，计算和测量射野图像中任两点间的像素所代表的距离长度，为方便起见以量测相机图像宽度为固定宽度，设其图像宽度像素数为W，则其距离长度为W/F，以此设置射野图像比例；选取Overlays的Blocks工具勾画射野形状，最后选用“Print block template at iso level”选项进行挡铅图形打印或者生成热丝切割机文件输出。

4.2.2 Adobe Photoshop软件勾画与输出

打开Photoshop软件，导入患者射野图像，使用Photoshop“图像”菜单下的“图像大小”工具重新设置图像分辨率为定值F；新建图层，选用适当大小画笔进行射野形状勾画；隐除背景层，打印输出射野形状或者存储为BMP文件输出至热丝切割机。

5 讨论

图像量测技术是以现代光学为基础，融光、计算机图像学、机械、电等科学技术为一体的现代测量技术。图像测量就是在测量被测对象时把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用进行测量[6-7]。由于非量测相机价格便宜、 重量轻、使用方便的特点，愈来愈广泛地应用到图像测量的各个领域。一般来说，非量测数码相机的镜头畸变较大，越靠近画面边缘就越严重，使图像的测量精度受到影响，从而导致变形监测精度降低，需做图像的畸形校正[8]，但在一定条件下，非量测相机能够达到与量测相机相同的精度[9]。如我们实际使用的松下DMC-SZ1型CCD民用相机使用优质徕卡镜头，镜头畸变微小，当拍摄距离为100 cm时，能够拍摄到的面积约（103×137） cm2，而常规电子线射野面积最大只有（25×25） cm2，可以有效规避因镜头畸变而造成的图像边缘失真问题，其量测精度足以适合实际铅模制做需要。当然，若不考虑经济成本因素，选用量测相机更好。

使用Adobe Photoshop软件进行图像尺寸设置时，“图像大小”对话框应取消默认 “重定图像像素”选项，这是因重新定义图像像素后，图像长边总像素值会发生改化，从而使得“图像长边尺寸＝图像长边总像素值/分辨率”公式不再适用。

本技术方法提供了一种全新的浅层肿瘤治疗射野数字化获取方式，解决了当前治疗射野获取不准确、不方便及存在辐射问题。另外，本研究装置可直接应用于诊疗室或病房，方便于放疗临床使用，值得放疗同行借鉴和应用。

[1] 殷蔚伯,余子豪,等.肿瘤放射治疗学[M].北京:中国协和医科大学出版社,2008.

[2] 陈列松,严利明,陆雪官,等.电子线射野勾画模拟架的制作与临床应用[J].临床肿瘤学杂志,2003,8(6):450-451.

[3] 张海南,汤日杰,张书旭,等.CT/MRI融合图像在盆腔肿瘤放疗靶区勾画中的应用[J].中国医疗设备,2011,26(5):154-156.

[4] 芶雁,黄培.数字图像分辨率的应用分析[J].电脑知识与技术,2007,(24):141-143.

[5] 赵瑞,魏世华,朱向辉,等.核通数字化模拟定位机制做电子线挡铅的改进[J].中国医学物理学杂志,2011,28(1):2351-2353.

[6] 张红娜,王祁.图像测量技术及其应用[J].电测与仪表,2003,(7):19-21.

[7] 蒋家东,袁道成,蒲洁,等.基于图像测量技术的装配间隙在线测量研究[J].传感器技术,2005,24(12):26-28.

[8] 马莉,王国辉,李锦成,等.数码相机镜头畸变对变形监测精度的影响及其改正方法[J].铁道建筑,2006,(11):106-108.

[9] 王细波,曾卓乔.非量测相机在近景摄影测量中应用的若干问题[J].矿山测量,1990,(4):3-7.

Development of Digital Superf i cial Layer Tumor Irradiation Field Acquisition System

ZHAO Rui, ZHANG Han-ping,
LI Zhong-hua
Radiotherapy Department, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Command, Lanzhou Gansu 730050,China

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.008

1674-1633(2012)07-0036-02

2012-01-10

2012-05-21专利：国家实用新型专利（ZL201020062302.9）。

作者邮箱：zrznl318@sina.com

Abstract: Objective To introduce a kind of digital superf i cial layer tumor irradiation fi eld acquisition system. Methods Manufactured a irradiation fi eld acquisition system that could simulate the superf i cial layer tumor irradiation environment to obtain distortionless tumor irradiation fi eld images. Changed the resolution of the fi eld image and drew the shape of the irradiation fi eld with Nucletron Oncentra IMCON workstation or Adobe Photoshop software, then exported the drawn fi eld shape to the hot wire cutter and the printer. Results The system is accurate, convenient and nonradiative. Conclusion The system can be directly applied in radiotherapy for consulting room or ward and is worth using for reference.

Key words: irradiation fi eld acquisition system; radiotherapy; superf i cial layer tumor; irradiation fi eld