放射治疗中如何计算准直器到治疗床的间距

2015-01-16王勇

医疗装备 2015年7期

关键词：床面机架放射治疗

王勇

(泉州市第一医院放疗科，福建泉州362000)

放射治疗中如何计算准直器到治疗床的间距

王勇

(泉州市第一医院放疗科，福建泉州362000)

目的:放射治疗中，如何计算在不同升床高度情况下准直器与治疗床之间的距离，为治疗计划设计提供参考数据，以确保治疗计划的顺利执行。方法:先建立数学模型，利用三角函数的方法计算升床高度在0～20cm范围内准直器与治疗床之间的距离，并在相同条件下实际测量验证。结论:利用三角函数方法计算上述参数是可行的，文中表1和表2中提供的参数经测量验证，符合实际情况，可作为设计和执行治疗计划的参考数据。

放射治疗计划设计;治疗床;准直器;距离

0 引言

调强放射治疗(IMRT)已成为一种普遍使用的放疗技术，该技术一般采用多野集束照射，其中有部分照射野可能会旋转到治疗床平面以下向上或斜向上照射，这会带来一个问题:在机架(Gantry)旋转到治疗床面以下的过程中安装于机架上端的准直器会不会与治疗床碰撞?若未发生碰撞，两者间的最小距离有多大?这是物理师在设计治疗计划之前必须考虑的问题。放射治疗中不同升床高度情况下治疗床到准直器的最小间距是不同的，笔者使用三角函数方法详细计算了该距离，并与实际测量值对比，希望该计算结果对物理师和治疗技师在设计和执行放疗计划时有所帮助。

1 材料和方法

选用VARIAN 2300 EX直线加速器为研究对象，治疗床为Exact Couch Top with Unipanel，Large window，治疗计划系统使用ECLIPSE 8.6。计算中所用参数来源于VARIAN图纸及实际测量。

计算方法及结果:实际治疗中已发现准直器与治疗床发生碰撞的位置主要在治疗床面侧下缘及治疗床支架侧下缘，所以这里只研究不同升床高度时准直器到治疗床面或治疗床支架侧下缘的最小间距。为了计算的方便先建立数学模型，然后使用三角函数来计算具体数值，模型中治疗床位于居中位置(在左右方向上)。

通过VARIAN图纸及实测可得到一些主要的已知参数:

(1)加速器等中心距离SAD为100cm，等中心点到准直器下端面中心点距离为39.7 cm。

(2)治疗床面宽度为53 cm，厚度为2.4 cm;治疗床支架的宽度为46.2 cm，高度为8.9 cm，居中对称安装在治疗床面下方。

(3)建立模型如图1所示。

图1 模型

其中图标1表示治疗床面，图标2表示治疗床支架，图标3表示准直器。准直器最可能与治疗床面及治疗床支架侧下缘碰撞，如图1中的B点和A点。图1中绘制两个图标3，只是代表准直器在不同的位置。OE·=OE=39.7 cm，表示等中心点到准直器下端面中心点的距离，其中OE·经过B点，B E·为准直器到治疗床面侧下缘的最小距离，设B E·=y;OE经过A点，AE为准直器到治疗床支架侧下缘的最小距离，设AE=z。

在计算B E·、AE时，还应计算对应的机架(Gantry)角度。按照加速器上规定的角度，计算B E·时对应的机架角度为180°+∠E·OM，设该角度为α;计算AE时对应的机架角度为180°+∠EOM，设该角度为β。

OD为升床高度，设OD=x;DN=2.4 cm，为治疗床面厚度;BN=26.5 cm，为治疗床面宽度的一半;NM=8.9 cm，为治疗床支架高度;AM=23.1 cm，为治疗床支架宽度的一半。

(4)按照三角函数关系升床高度OD与B E·之间的关系及此时机架角度可表示为:

表1 不同升床高度OD(cm)时B E·(cm)及机架角计算表

表2 不同升床高度OD(cm)时AE(cm)及机架角计算表

表3 不同升床高度OD(cm)时B E·测量结果(与表1中的相同)

表4 不同升床高度OD(cm)时AE测量结果(与表2中的相同)

表5 计算表3中“测量值B E·(cm)”与表1中“计算值B E·(cm)”的差值及该差值的平均值和标准差

表6 计算表4中“测量值AE(cm)”与表2中“计算值AE(cm)”的差值及该差值的平均值和标准差

同理，升床高度OD与AE之间的函数可表示为:

此时，机架角度可表示为:

(5)对比公式(2) (5)，发现当x=2.624时，y=z，即B E·等于AE，准直器到治疗床面侧下缘和治疗床支架侧下缘的最小距离相同，而在多数情况下同一升床高度OD时B E·和AE是不同的。为了比较两者的大小关系，建立新函数:

从治疗安全的角度考虑，建议升床高度不要超过20 cm。为了使用上述参数的方便，通过公式(2) (3) (5)(6)计算出两组数据，如表1和表2，其中升床高度OD选择1 cm间隔。

实际测量验证:在VARIAN 2300 EX直线加速器下测量，测量条件按照表1和表2中提供的数据(升床高度和机架角度)，用卡尺直接测量B E·和AE。数据如表3和表4。

计算数据与测量数据的对比分析:为了数据处理的方便，使用MATLAB 7.0编写简易程序计算表1及表2中的数据，并将对应的计算值与测量值对比分析，其结果如表5和表6。表5中计算值和测量值的差值平均值为0.213，标准差为0.0458;表6中计算值和测量值的差值平均值为0.181，标准差为0.0546，可见计算值和测量值基本一致，可作为设计治疗计划的参考数据。其中存在的误差，可能由三方面原因引起:其一，测量误差;其二、该设备已使用四年，机械部件间有一定的磨损及机械间隙;其三、开始使用的已知数据主要来源于加速器图纸，该数据对每台同型号的设备是相同的，但每台设备安装完成后各机械参数间肯定存在一定误差。由此可见存在一定的误差是可以接受的。

2 讨论

一般情况下，物理师依据自已的经验来判断准直器与治疗床之间的关系，对多数治疗计划而言这是可行的，但对一些特殊情况就难以确保计划的顺利执行。例如:在设计颅脑内胶质细胞瘤或单发转移瘤的调强计划，由于许多瘤体生长在眼球后方或侧后方位置，为了保护眼球，定位时特意使用25°头架，使头颅升高，眼球组织前移，在设计计划时照射野可以避开眼球，直接照射肿瘤组织。但这又带来一个新的问题，一般将治疗等中心放在肿瘤中心处，使用25°头架后颅内肿瘤相对于治疗床面升高了，即等中心到治疗床面的距离也加大了(如前文中OD)，若此时有照射野从治疗床面以下向上斜照射，准直器是否会碰撞治疗床，这是设计计划前必须解决的问题，否则在进入治疗程序时才发现问题，就需要重新设计计划，这无疑会延误患者治疗。另外，对于一些盆腔部的肿瘤，经常采用俯卧位体架，此类体架会将患者体位升高，如果肿瘤生长在靠近患者体后表浅位置，那么肿瘤中心到治疗床面的距离(相当于OD)将增大，物理师在设计计划时会遇到和上例中相同的问题。上述两例主要是针对计划设计的情况。此外，在计划执行中治疗安全也是非常关键的，对于一些身体较为宽大、肥胖的患者，其左右体宽会超过治疗床面的宽度，在定位时，其体位较为标准，机架旋转至90°或270°时准直器与患者两侧肩部还有一定空间，但进入治疗时，患者体位可能有一定改变(两肩不自主放松等)，此时准直器是否会碰撞到患者，或者准直器到患者的距离还有多远，这是治疗技师必需清楚的。所以治疗安全中也要考虑准直器到治疗床之间的距离。可见，对于物理师和治疗技师而言，掌握一套准确的参数是非常必要的。

当然，在上述计算和测量中主要是针对机架角度在180°～270°范围内的情况，对于机架角度在90°～180°范围的情况并未考虑。其实，90°～180°和180°～270°两种情况是对称分布的，只需将表1、表2中的机架角度改为关于图1中直线OD对称分布的角度便可。另外，上述计算中始终假设治疗床居于中间位置，而在实际治疗中，针对不同的肿瘤位置，有时治疗床需要在左右方向上移动一定距离，此时，准直器到治疗床距离的计算方法将在上述方法的基础上有所调整，可将公式(1)的BN和公式(4)的AM调整为“BN+治疗床左右移动距离”及“AM+治疗床左右移动距离”，应注意“治疗床左右移动距离”有正负之分，如感兴趣，可自行计算。

上述计算测量是针对VARIAN 2300 EX机型，对于其它机型可参照上述方法，但所需基本参数要按照具体机型确定。