自动放射治疗激光定位系统的安装与校验

张铁权 盛洪国 徐振华

近年来,以生物引导放射治疗、图像引导放射治疗、剂量引导放射治疗和放射影像组学为代表的新技术推动着放射治疗向以"精确定位""精确计划"和"精确治疗"为终极目标的"三精放射治疗"时代迈进,使其肿瘤靶区的照射剂量显著提高,局控率和治疗效果得以改善[1].同时,肿瘤靶区周围正常组织的受照剂量显著降低,放射治疗不良反应的发生率明显下降,患者生活质量得以提高[2].精确定位是实现"三精放射治疗"的基础,放射治疗激光定位系统是实现精确定位的重要工具之一,为临床治疗工作提供有效参考信息,因此加强其验证及调整显得尤其重要[3].

随着放射治疗技术的发展与进步,对激光定位系统的使用提出了更高的要求.为此,本研究对新购置的Synergy VMAT型影像引导容积旋转调强放射治疗系统(瑞典Elekta公司)及Discovery CT590RT型放射治疗模拟定位机(美国GE公司)以及配套CYRPA HIT5型自动放射治疗激光定位系统的安装、测试和校准过程进行探讨.

1 材料与方法

1.1 检测工具

采用Discovery CT590RT型放射治疗模拟定位机(美国GE公司);CYRPA HIT5型自动放射治疗激光定位系统(瑞典C-RAD AB公司),系统配备5个可移动激光灯源、控制电脑和智能质量保证(quality assurance,QA)校准模体.

5个可移动激光灯灯源中两侧的激光灯投射冠状位激光线,可实现水平面的上下位置调节,顶部的激光灯投射矢状面,上方两侧的激光灯投射横断面.

1.2 检测方法

每个可移动激光灯灯源内部含有红色和绿色光源,波长分别为635 nm和532 nm,红、绿激光线精细度均<1 mm,线长可达到3 m以上.激光线的移动和微调由多组步进电机驱动,配合双编码器实现高精度控制,红绿两种颜色的灯光可以随时切换,每个移动激光灯均可提供50 cm以上的移动范围,并提供旋转及倾斜的微调.

智能QA模体上包含12个光电传感器元件,可以探测到激光线的位置,每条激光线都能照射到至少3个传感元件,实现激光面偏差的检查和修正.智能模体的位置由CT影像确认,智能模体与控制电脑无线通讯可实现校准,智能模体校准后激光线在中心的精度可达±0.1 mm.

2 激光定位系统的安装

2.1 整体安装

CYRPA HIT5型自动放射治疗激光定位系统的激光灯配备智能校准QA模体,安装第一步将智能QA模体对准CT内中心,使QA模体的传感器中心与CT内中心重合.借助CT内置激光摆放智能QA模体,执行CT扫描,QA模体上设置有CT可见的特定标记点,可借助CT的网格查看工具等,重建影像确认智能QA模体中心是否与CT内中心重合,见图1.

图1 CT扫描图像检查智能校准模体摆放偏差

CT扫描图像上可见有机玻璃上的标记点,由此检查智能校准模体摆放偏差.若满足重合,则进行下一步;若不满足重合,相应调整智能校准模体后再次扫描CT确认.QA模体位置出现偏差后,可通过调节QA模体的3个支脚高度来调整QA模体高低,并再一次扫描QA模体以确认模体摆位正确.模体位置确认后通过移动床使Y轴激光线打到模体Transversal sensor探测器2个感光叶片中间,以此完成模体位置的正确摆放.

根据用户需求确定外激光中心,把影像确认过位置的智能模体通过退CT床一定距离(如50 cm),将智能模体的中心定义为外激光中心.将激光经纬仪置于智能QA模体中心,垂直线对齐传感器中心,此时经纬仪中心与智能QA模体中心重合且为外激光中心.

2.2 部件安装

(1)冠状位和横截面激光:提供冠状位和横断位激光的参考位点,在墙壁标记好安装位点,根据可移动激光灯的铝合金安装背板的孔位标记钻孔点位.

(2)矢状位和顶部激光:确保激光头在轨道中间位置,对准零位,使激光灯头与经纬仪投线重合,确定激光的安装位置.

(3)固定激光模块:安装于墙面时,根据预先标定的位置先安装背板,用黄铜铆钉固定于混凝土墙面,用内六角螺丝将激光模块固定于背板.安装铝柱时,铝柱由基板固定在地面,把激光模块的直角支架固定于铝合金管槽内,并安装激光模块.地面基板应使用长螺钉固定在地面,以确保稳固.

(4)调整发光二极管旋转:用六角扳手放松光源固定螺丝,使其能自由滑动,打开激光经纬仪投射垂线到表面,分别转动激光灯二极管使红绿两条线都尽可能与经纬仪垂线平行,同时红绿线也要重合.

3 激光定位系统的自动校验

CYRPA HIT5型自动放射治疗激光定位系统的自动校准主要分为5个步骤,即检测传感器原件(图2)、校准红光旋转度、校准红光倾斜度、校准绿光旋转度和校准绿光倾斜度.

图2 检测传感器原件

在软件界面选择要校准的激光线(如左前侧),在下级菜单中选择自动校准.在自动校准界面使用Test Cells功能测试光电传感器是否检测到激光,完成后应显示检测完成(Detection completed).这时可以点击Start按钮开始自动校准,自动校准遵循前文所述顺序,采用迭代的方法不断微调步进电机修正激光光源的方向,使激光线准确投射在光电传感器中央,界面右侧图表中显示迭代进度.完成后将提示自动校准完成(Automatic calibration finished),操作人员可肉眼确认激光线落在传感器中间位置.校准的数据保存在Phantom.xml文件中,可根据需要备份,自动校准界面见图3.

图3 自动校准界面

4 结果

通过对CYRPA HIT5型自动放射治疗激光定位系统的自动校准调试,激光定位系统达到放射治疗定位精度要求,测试结果见表1.

表1 CRYPA HIT5型自动放射治疗激光定位系统校验表

5 结论

放射治疗的模拟定位是治疗的第一步和基础,以后的各个环节都要以定位的图像和数据作为基础,此环节产生的误差将作为系统误差贯穿治疗过程的始终.放射治疗的模拟定位环节产生的误差会造成放射治疗时的剂量分布的变化,影响患者的治疗效果或者引起放射治疗并发症,尤其对现代精确放射治疗更是如此[4].激光定位系统是放射治疗模拟定位装置的一部分,激光定位系统在患者体内建立3D坐标系,借助这个坐标系得到放射治疗的等中心3个方向的摆位数值,并和放射治疗机的3D坐标系发生关联,完成患者的治疗摆位过程[5-6].激光定位系统的准确与否,直接关系到肿瘤定位和放射治疗计划的精确实施.在激光定位系统的使用过程中,由于地基震动、墙体变形、热胀冷缩、重力下垂以及机械磨损等原因,激光线会产生漂移[7].物理师做质量控制时检查出激光线等中心的偏移数值超出精确放射治疗所允许的范围,则需对激光灯进行校准[8].目前,国内安装的激光定位灯大部分是机械式,校准时需手动调节,调节的幅度缺乏可控性,需要反复进行调节才能达到要求,但耗时较长[9].CYRPA HIT5型自动放射治疗激光定位系统具有可自由切换的红绿双光源,可满足不同肤色人群的治疗需要,同时避免由于某个光源损坏影响患者治疗.电子自动化校准模体校准精度高,重复性好,减轻物理师的劳动强度,缩短调校时间,简化操作流程,提高机器的利用率,为精确放射治疗和正常人体组织及危及器官的射线防护提供更有力度的保障,对临床治疗效果的改善有重大意义,能为患者的治疗带来更多积极的影响[10-11].