浅析数字化影像在放射治疗质量保证中的应用

【作 者】姜瑞瑶，李斌，傅深

上海交大附属第六人民医院，上海，200233

随着计算机、图像处理和网络技术的快速发展，三维数字化影像已经越来越多地应用到肿瘤放射治疗领域，三维适形放疗技术已经逐渐发展成熟,并逐步向调强放射治疗技术、影像引导的放射治疗技术发展[1]。本院建立了一套以西门子LANTIS为基础的放疗数字化网络，在每一个机房配备一套网络终端，可以随时调用、融合和传送各种数字化影像，为数字化影像在放射治疗中的应用提供了有效的技术平台。通过各种KV级、MV级实时数字化影像和三维重建影像在放疗质量保证中的应用，为治疗前放疗射野中心及治疗范围的验证、治疗中摆位精度校正和放疗设备和物理特性QA检查等方面提供了有效的手段，保证放射治疗质量，提高放射治疗精度。

1 模拟定位机拍摄的KV级验证片与治疗计划三维重建影像的比较验证

对每位肿瘤患者在治疗计划应用至实际治疗前，都要进行模拟定位机拍摄的KV级验证片与治疗计划三维重建影像的比较验证。将治疗计划系统设计的射野MLC形状通过数字化网络发送到模拟定位机工作站，与模拟机拍摄的KV级影像进行匹配融合，如图1左图所示。然后，将该融合后的KV级实时影像与由治疗计划三维重建获得的DRR（三维重建影像）影像进行比较，如图1右图所示。以检查验证照射野中心和治疗范围的准确性。

图1 模拟定位片与治疗计划DRR比较Fig.1 Comparison of simulate image and digital reconstructed radiograph

2 直线加速器射野验证仪拍摄的MV级验证片进行放射治疗摆位精度的校正

放射治疗的精确摆位是治疗计划正确无误、完整实施的极其重要的环节，每位肿瘤患者的治疗方案经过模拟定位机拍摄的KV级验证片与治疗计划三维重建影像的比较验证后，在执行治疗以前还要在直线加速器射野验证仪下拍摄MV级验证片进行放射治疗摆位精度的校正。

摆位精度校正流程图如图2所示。采用电子射野影像系统或CR的IP板拍摄患者治疗体位正侧位验证片，与三维治疗计划系统得出的数字重建模拟图像或模拟机拍摄的定位验证片做比较，一般以骨骼和气腔的轮廓作为参考标记物计算偏移量，如果误差在允许范围以内，则可以执行治疗。否则，要查找原因,重新定位、重新设计计划，重新摆位验证直至达到要求[2]才能执行治疗方案。首次治疗后，每周在治疗机下采用射野验证仪（EPID）或CR的IP板拍摄治疗验证片，与首次验证片或模拟定位片、治疗计划DRR片做比较，计算偏移量、移床，进行摆位精度校正，提高摆位治疗精度保证疗效。

图2 摆位精度校正流程Fig.2 Flow chart of the positioning precision calibration

3 CR和EPID影像在治疗设备和物理学QA检查中的应用

放射治疗的质量保证包括放疗设备和物理技术两方面，CR和EPID影像在治疗设备和物理学QA检查中起着重要作用。可以采用CR和EPID影像检查直线加速器机械等中心精度和光野射野一致性，以及多页光栅到位精度检查。由于加速器多叶光栅由几十套独立的马达驱动系统组成，在连续运动过程中存在位置移动误差，而且多页光栅叶片间存在少量漏射线，这些因素都有可能导致放射治疗误差的扩大。我们采用CR的IP板或EPID进行多叶准直器叶片运动到位精度验证：设计多页光栅1cm间隙出束序列，每个间隙相隔5cm,每周定期采用CR的IP板或EPID拍摄验证片，检查MLC运动到位精度如图3所示。

近年来三维调强放疗技术在全国各大医院得到蓬勃开展，使肿瘤得到更好的杀灭，而正常组织和危机器官得到更好的保护。我们探索用CR来拍摄调强放疗剂量通量图，如图4所示，可以直观地判别MLC叶片的间隙，从而进行校正，以保证加速器治疗精度。

4 CT影像在治疗计划剂量计算中的应用及质量保证

三维适形调强放疗技术将CT扫描影像用于放疗计划设计和基于组织密度修正的三维剂量分布计算。放疗剂量分布的计算依赖于CT影像的三维虚拟重建和CT值到组织的相对物理密度或电子密度的转换[3]。因此，定期进行CT值得校准和CT值与相对电子密度关系的校正是放疗CT模拟定位质量控制的重要工作，是放疗技术质量保证的重要方面。

美国医学物理家协会AAPM83号报告建议每个月和每次调整设备或更换主要部件后，需要验证CT值的准确性。我们每月采用固定的CT工作参数和影像扫描条件在模体中进行3-5种CT值校验。图5所示为参考模体中分别采用头部和胸部扫描条件进行每月CT值检测的结果，CT测量值与理论计算值偏差控制在3%-5%。图6所示为水模体中分别采用头部和胸部扫描条件进行每月CT值检测的结果，CT测量值控制在3HU内，符合美国医学物理家协会AAPM＜5HU要求。

图3 CR检查MLC到位精度Fig.3 CR check the MLC positioning precision

图4 CR检查调强放疗通量Fig.4 CR check the fluence map of IMRT

图5 参考模体CT值每月QA检测Fig.5 Mensal QA check of CT number in

三年来，我们每年使用CIRS的电子密度校准模体，在相同扫描条件下进行CT值与相对电子密度校正曲线的测量，结果见图7所示。从图中可以看到，2008年和2009年CT值与相对电子密度校正曲线变化不明显。而2007年电子密度较大的组织CT值得变化比较大，需要在治疗计划中进行修正，才能得到精确的剂量计算结果。

5 不同种类和不同时期影像的对比，随访疗效

通过数字化放疗网络我们可以将三维治疗计划系统生成的DRR（三维重建影像）、模拟定位机拍摄的KV级验证片和直线加速器射野验证仪拍摄的MV级验证片在各个机房的工作站或网络终端上进行融合比较。利用网络软件提供的图像处理功能，如亮度、对比度调节、图像拉伸、放大、锐化，黑白反转、测量和三维重建等，同时可以对两个或两个以上的不同图像进行比较分析，不但实现病人等中心位置验证照射野形状范围验证和摆位精度校正，还可将不同时期治疗前、治疗中、治疗后的CT、MR、EPID 等图像与治疗后复查的图像进行对比分析，以进行随访，观察疗效和结果。

总之，以数字化影像为基础的三维适形放射治疗、调强放射治疗、立体定向放射治疗以及图像引导的放射治疗技术已经在国内三分之二的放射治疗中心实施[4]，数字化影像在放疗质量保证中起着重要作用，特别是各种KV级和MV级实时影像在放疗质量保证中的应用，实现三维重建影像与实时拍摄影像的比较以及放射治疗摆位精度的校正，使得放疗质量和精度都得到很大提高。

图6 水模体CT值每月QA检测Fig.6 Mensal QA check of CT number reference phantom in water

图7 CT值-相对电子密度校正曲线比较Fig.7 Comparison of CT-relative electron density calibration curve

[1] 姜瑞瑶,李斌. 数字化网络在放射治疗中的应用[J]. 中国医疗器械杂志, 2006，30（3）：215-217.

[2] 翟福山,刘明,王安峰等. 放疗网络的临床应用[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2005，14（1）：56-57.

[3] 邓小武,黄劭民,祁振宇. CT模拟机的质量控制和质量保证检验[J].中国肿瘤, 2004，13（9）546-550.

[4] 张红志. 放射治疗质量保证：新技术的挑战[J]. 世界医疗器械,2009，15（6）：10.