三维适形放射治疗挡铅射野质量保证的方法探讨

钟晓燕，段禾祯，刘佳宾，潘晓强，卜祥磊，杨日赠

三维适形放射治疗挡铅射野质量保证的方法探讨

钟晓燕，段禾祯，刘佳宾，潘晓强，卜祥磊，杨日赠

目的:探讨MatriXX 2D矩阵电离室和X线模拟定位机应用于挡铅射野质量保证的方法及可靠性。方法:用MatriXX 2D矩阵电离室测得挡铅射野的形状和大小，应用Matlab编程绘制出治疗计划系统（treatment plan system，TPS）中相对应的射野的形状和大小；利用X线模拟定位机拍摄出射野挡铅的验证片并通过计算机上的RT PACS获取保存，对尺寸较大的射野，使用Photoshop图像处理软件合成出包含挡铅射野全部信息的验证片；从TPS调出相对应的包含挡铅射野信息的数字重建影像（digital reconstruction radiography，DRR）。分别比较2对图片包含的射野信息。结果:对60个所测挡铅射野和计划射野进行比较，发现2种射野的形状总体上相符，3种方式的误差分别为（1.71± 0.84）、（2.32±0.31）和（2.89±0.47）mm。结论:利用MatriXX 2D矩阵电离室和X线模拟定位机进行挡铅射野质量保证，简单易行、快速有效，能够满足放疗质控中对射野挡铅的要求。

二维电离室矩阵；治疗计划系统；直线加速器；X线模拟定位机

0 引言

放射治疗作为肿瘤综合治疗的一种有效手段，可通过提高靶区剂量、减少靶区周围正常组织的放射损伤来提高放射治疗对肿瘤的局部控制率和患者的生存率，改善患者的生存质量。三维适形放射治疗作为成熟的放射治疗手段在各级医院得到了广泛的应用，而使用挡铅将治疗机的规则射野变成同靶区形状一致的不规则射野是实现三维适形放射治疗的必要条件之一，所以对射野挡铅进行验证变得十分必要，它是精心设计的治疗计划得以准确实施的关键[1-2]。本文主要研究利用MatriXX矩阵电离室和X线模拟定位机对挡铅射野进行验证的方法。

1 材料和设备

MatriXX 2D矩阵电离室及与之相配套的剂量测量模体和软件系统OmniPro I′mRT，X线能量为6 MV的瓦里安医用直线加速器，东芝的X线模拟定位机（带专业托架）及与其相配套的软件系统RT PACS。

2 方法

2.1 MatriXX矩阵电离室用于挡铅射野的验证

将2D矩阵电离室MatriXX连同剂量测量模体放至治疗床上，利用相关的标志线将其摆放至合适的位置，通过网线将MatriXX系统与控制计算机相连，开启MatriXX矩阵电离室的电源，对设备预加热15min，将直线加速器的射野打至28 cm×28 cm，用6 MV的射线能量对MatriXX系统进行最低剂量5 Gy的预照射，使它的内部达到电离平衡[3-4]。转动直线加速器的臂架至0°（治疗计划系统（treatment plan system，TPS）输出的计划射野对射线的投照角度没有要求，所以应用MatriXX矩阵电离室测量时可将所有射野的射线投照方向选为垂直投照），把铅挡块连同托盘插进直线加速器托架的插槽内，根据TPS治疗单给出的照射野参数进行录入，出束照射，保存MatriXX矩阵电离室测量结果[5]。

由于MatriXX测得的是7.62 mm×7.62 mm栅格内的剂量，所以在工作空间内打开的测量射野的50%等剂量线的轮廓较为粗糙，这种结果无法用作对挡铅射野的精细分析。OmniPro I′mRT软件可以对测量结果进行线性插值，将测得的粗糙结果精细化，提高测量的精度。应用OmniPro I′mRT软件的Convert Grid功能，设置新的采样步长，将测量的射野结果进行转换，获得精细的挡铅射野的50%等剂量线。TPS输出的挡铅射野文件包含了等中心平面处组成射野边界的所有孤立点的坐标值，对射野文件中的射野信息进行Matlab编程处理，绘制出挡铅射野的形状和大小。在Photoshop中同时打开由MatriXX矩阵电离室测得的挡铅射野和经Matlab绘制出的射野，统一2幅图的度量单位，调节画布的不透明度，使2幅图同时显示，如图1所示，图中细线为MatriXX矩阵电离室实测射野，粗线为TPS计划射野[6]。

图1 MatriXX实测射野同TPS计划射野的比较结果

2.2 模拟定位机用于挡铅射野的验证

按照治疗时的体位固定方式将患者固定在模拟定位机床面上，升降和移动治疗床，通过患者定位时设置的标记线（点）和模拟机定位系统的激光灯将模拟定位时的等中心位置置于模拟定位机的等中心处，根据TPS治疗单上给出的移床参数升降移动床面，将制定放疗计划时设置的射野中心点移至模拟定位机的等中心处。依放疗计划所给射野的投照角度旋转模拟定位机机架至相应位置，调整射野其他参数，将射野挡铅连同托盘插入模拟定位机配备的专用挡块托架插槽内并固定好，用脚踩下透视脚踏板采集图像，通过计算机上的RT PACS获取保存[7]。由于模拟定位机的影像增强器尺寸较小，只能一次性获取较小尺寸的射野（如鼻咽癌面颈联合野的图像），对尺寸较大的射野（如宫颈癌的前后对穿野）无法一次性获取其全部信息，为此我们通过图像拼接的方法使这一问题得以解决。具体方法为：移动影像增强器，通过多次采集获得多幅射野的局部信息图像，使用工程软件或Photoshop图像处理软件对获得的多幅包含射野局部信息的图像进行拼接（具体见上文对MatriXX矩阵电离室挡铅射野的处理过程），最终得到一幅包含射野全部信息的图像，如图2所示。图2（a）和（b）为同一照射野上下2张X线验证片，图2（c）为利用Photoshop图像处理软件将它们的等中心重合后拼接而成的验证片。

图2 大尺寸挡铅射野验证片的获取

从XIO放疗计划系统中调出对应患者的带中心点的数字重建影像（digitally reconstucted ra digraphy，DRR），对于尺寸较小的射野，可直接使用Photoshop图像处理软件将拍摄的X线模拟机验证片和DRR图片相叠加，然后测量叠加后X线模拟机验证片和DRR图片的误差，如图3（a）所示，图中由连续的细线围成的密闭区域为DRR图上标注的计划射野的形状和大小，细线周边阴影围成的密闭区域为X线模拟机摄取的实际射野的形状和大小。对于尺寸较大的射野，需使用Photoshop图像处理软件将合成的包含射野全部信息的X线模拟机验证片和DRR图片相叠加，然后测量叠加后合成的X线模拟机验证片和DRR图片间的误差，其叠加图如图3（b）所示。

图3 X线模拟机射野验证片同TPS DRR图的比较结果

3 结果

从图1、3的叠加图可以看出，无论应用MatriXX矩阵电离室还是X线模拟定位机，实测射野同计划射野在射野边缘略有差异，但总体上能够相符。通过对使用MatriXX矩阵电离室方法测得的20幅射野叠加图外轮廓的分析，得到MatriXX实测射野和TPS计划射野间综合位置的差为1.71 mm，均方差为0.84 mm。应用X线模拟定位机分别获取的小、大2种尺寸的挡铅射野的验证片20幅，通过对其叠加图的外轮廓进行分析，得出2种尺寸的挡铅射野间的误差分别为（2.32±0.31）、（2.89±0.47）mm。

4 讨论

在放射治疗中，通过使用射野挡铅将加速器产生的规则射野变成不规则射野，既是为了适应靶区形状的需要，也是为了保护射野内的重要器官和正常组织免受不必要的照射。对射野挡铅进行验证可以防止因射野挡铅的差错影响患者的治疗效果，避免医疗事故的发生。对射野挡铅的验证主要包括对挡铅厚度的验证和对挡铅射野形状、大小的验证。挡铅的厚度可直接用直尺测量，而检测挡铅射野的主要方法有利用挡铅校验机进行灯光投影验证、利用治疗机进行挡铅验证和利用模拟定位机进行挡铅摄片验证。利用挡铅校验机进行投影验证，只是利用校验机的灯泡对挡铅进行光野投影的校验，它反映的并不一定是射野的真实情况；利用直线加速器或传统的X线模拟定位机虽能获取挡铅射野治疗时的真实形状，但它们均需摄取挡铅射野的X线片，并对胶片进行冲洗，操作不够方便。

应用MatriXX矩阵电离室和连接着RT PACS的X线模拟定位机均可实现对挡铅射野的无胶片化质量保证，它们与传统的射野验证方法相比有着各自的特点。应用MatriXX矩阵电离室对挡铅射野进行质量保证，能够获得挡铅射野治疗时的真实形状，且该方法采用0°角照射的方式采集数据，操作方便。另外，该方法通过获取射野的50%等剂量线来实现对挡铅射野放射治疗的完全模拟，克服了传统方法中直线加速器下曝光射野图像模糊不清的缺点。但应用MatriXX电离室矩阵测得的射野无法提供各照射野同射野周围人体组织器官之间的位置关系信息，而且该方法增加了加速器的工作负荷[8]。应用X线模拟定位机不但可以获得清晰的射野验证片，提供各照射野同射野周围人体组织器官之间的位置关系信息，而且可以在透视下观察靶区和器官的运动范围，进一步确认射野的照射范围。由于二维放射治疗在各级医院应用逐渐减少，X线模拟定位机的模拟定位功能逐渐被CT模拟机取代。应用X线模拟定位机对射野挡铅进行质量保证可以提高机器的使用效率，降低加速器的工作负荷。由于X线模拟定位机的射线能量较低，它在有些角度下对胸腹部挡铅射野的成像质量不佳，另外由于X线模拟定位机的射野“井”形界定线精度无法达到mm级，所以并不能在模拟定位机下验证射野挡铅是否存在漏线现象，只能在直线加速器上进行验证[9-10]。总之，MatriXX矩阵电离室和连接着RT PACS的X线模拟定位机用作对挡铅射野的质量保证各有利弊，但足以满足临床上对射野挡铅质控的要求。

笔者使用MatriXX矩阵电离室和X线模拟定位机对60个所测挡铅射野和计划射野进行比较，发现2种射野的形状总体上相符，3种方式的误差分别为（1.71±0.84）、（2.32±0.31）和（2.89±0.47）mm，可以满足放疗中对挡铅射野的误差要求。利用MatriXX 2D矩阵电离室和X线模拟定位机进行挡铅射野质量保证，简单易行、快速有效，能够满足放疗质控中对射野挡铅的要求。

[1]胡逸民.肿瘤放射物理学[M].北京：原子能出版社，1999.

[2]崔念基，卢泰祥，邓小武，等.实用临床放射肿瘤学[M].广州：中山大学出版社，2005.

[3]张书旭，周凌宏，陈光杰，等.二维空气电离室矩阵MatriXX系统的应用研究[J].中华放射医学与防护杂志，2009，29（1）：100-103.

[4]张书旭，余辉，王诗琴，等.MatriXX系统在放疗质控中的应用研究[J].中国辐射卫生，2009，18（3）：272-274.

[5]杨日赠，卜祥磊，许志新，等.电离室矩阵用于加速器质量保证：X射线[J].中国医学物理学杂志，2012，29（1）：3 096-3 098.

[6]刘佳宾，卜祥磊，刘英，等.应用电离室矩阵进行挡铅射野的验证的方法探讨[J].中国医学物理学杂志，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]孙振杰.调强放射治疗剂量验证研究进展[J].肿瘤研究与临床，2007，19（9）：642-648.

[9]张惠玲，李勤，全红，等.MatriXX在IMRT剂量验证中的应用[J].医学物理学杂志，2011，28（2）：2 455-2 459.

[10]GB/T 19046—2003 医用加速器验收试验和周期检验规程[S].

（收稿：2014-09-13 修回：2014-12-28）

（栏目责任编校: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

钟晓燕（1977—），女，博士，讲师，主要从事生物医学工程方面的研究工作，E-mail:xianglei-bu@163.com。

510515广州，南方医科大学生物医学工程学院（钟晓燕，潘晓强）；510515广州，南方医科大学南方医院放疗科（段禾祯，刘佳宾，杨日赠）；510623广州，广州市妇女儿童医疗中心设备部（卜祥磊）

杨日赠，E-mail:2890129590@qq.com