自動放射治療激光定位系統的安裝與校驗

張鐵權 盛洪國 徐振華

近年來,以生物引導放射治療、圖像引導放射治療、劑量引導放射治療和放射影像組學為代表的新技術推動著放射治療向以"精確定位""精確計劃"和"精確治療"為終極目標的"三精放射治療"時代邁進,使其腫瘤靶區的照射劑量顯著提高,局控率和治療效果得以改善[1].同時,腫瘤靶區周圍正常組織的受照劑量顯著降低,放射治療不良反應的發生率明顯下降,患者生活質量得以提高[2].精確定位是實現"三精放射治療"的基礎,放射治療激光定位系統是實現精確定位的重要工具之一,為臨床治療工作提供有效參考信息,因此加強其驗證及調整顯得尤其重要[3].

隨著放射治療技術的發展與進步,對激光定位系統的使用提出了更高的要求.為此,本研究對新購置的Synergy VMAT型影像引導容積旋轉調強放射治療系統(瑞典Elekta公司)及Discovery CT590RT型放射治療模擬定位機(美國GE公司)以及配套CYRPA HIT5型自動放射治療激光定位系統的安裝、測試和校準過程進行探討.

1 材料與方法

1.1 檢測工具

采用Discovery CT590RT型放射治療模擬定位機(美國GE公司);CYRPA HIT5型自動放射治療激光定位系統(瑞典C-RAD AB公司),系統配備5個可移動激光燈源、控制電腦和智能質量保證(quality assurance,QA)校準模體.

5個可移動激光燈燈源中兩側的激光燈投射冠狀位激光線,可實現水平面的上下位置調節,頂部的激光燈投射矢狀面,上方兩側的激光燈投射橫斷面.

1.2 檢測方法

每個可移動激光燈燈源內部含有紅色和綠色光源,波長分別為635 nm和532 nm,紅、綠激光線精細度均<1 mm,線長可達到3 m以上.激光線的移動和微調由多組步進電機驅動,配合雙編碼器實現高精度控制,紅綠兩種顏色的燈光可以隨時切換,每個移動激光燈均可提供50 cm以上的移動范圍,并提供旋轉及傾斜的微調.

智能QA模體上包含12個光電傳感器元件,可以探測到激光線的位置,每條激光線都能照射到至少3個傳感元件,實現激光面偏差的檢查和修正.智能模體的位置由CT影像確認,智能模體與控制電腦無線通訊可實現校準,智能模體校準后激光線在中心的精度可達±0.1 mm.

2 激光定位系統的安裝

2.1 整體安裝

CYRPA HIT5型自動放射治療激光定位系統的激光燈配備智能校準QA模體,安裝第一步將智能QA模體對準CT內中心,使QA模體的傳感器中心與CT內中心重合.借助CT內置激光擺放智能QA模體,執行CT掃描,QA模體上設置有CT可見的特定標記點,可借助CT的網格查看工具等,重建影像確認智能QA模體中心是否與CT內中心重合,見圖1.

圖1 CT掃描圖像檢查智能校準模體擺放偏差

CT掃描圖像上可見有機玻璃上的標記點,由此檢查智能校準模體擺放偏差.若滿足重合,則進行下一步;若不滿足重合,相應調整智能校準模體后再次掃描CT確認.QA模體位置出現偏差后,可通過調節QA模體的3個支腳高度來調整QA模體高低,并再一次掃描QA模體以確認模體擺位正確.模體位置確認后通過移動床使Y軸激光線打到模體Transversal sensor探測器2個感光葉片中間,以此完成模體位置的正確擺放.

根據用戶需求確定外激光中心,把影像確認過位置的智能模體通過退CT床一定距離(如50 cm),將智能模體的中心定義為外激光中心.將激光經緯儀置于智能QA模體中心,垂直線對齊傳感器中心,此時經緯儀中心與智能QA模體中心重合且為外激光中心.

2.2 部件安裝

(1)冠狀位和橫截面激光:提供冠狀位和橫斷位激光的參考位點,在墻壁標記好安裝位點,根據可移動激光燈的鋁合金安裝背板的孔位標記鉆孔點位.

(2)矢狀位和頂部激光:確保激光頭在軌道中間位置,對準零位,使激光燈頭與經緯儀投線重合,確定激光的安裝位置.

(3)固定激光模塊:安裝于墻面時,根據預先標定的位置先安裝背板,用黃銅鉚釘固定于混凝土墻面,用內六角螺絲將激光模塊固定于背板.安裝鋁柱時,鋁柱由基板固定在地面,把激光模塊的直角支架固定于鋁合金管槽內,并安裝激光模塊.地面基板應使用長螺釘固定在地面,以確保穩固.

(4)調整發光二極管旋轉:用六角扳手放松光源固定螺絲,使其能自由滑動,打開激光經緯儀投射垂線到表面,分別轉動激光燈二極管使紅綠兩條線都盡可能與經緯儀垂線平行,同時紅綠線也要重合.

3 激光定位系統的自動校驗

CYRPA HIT5型自動放射治療激光定位系統的自動校準主要分為5個步驟,即檢測傳感器原件(圖2)、校準紅光旋轉度、校準紅光傾斜度、校準綠光旋轉度和校準綠光傾斜度.

圖2 檢測傳感器原件

在軟件界面選擇要校準的激光線(如左前側),在下級菜單中選擇自動校準.在自動校準界面使用Test Cells功能測試光電傳感器是否檢測到激光,完成后應顯示檢測完成(Detection completed).這時可以點擊Start按鈕開始自動校準,自動校準遵循前文所述順序,采用迭代的方法不斷微調步進電機修正激光光源的方向,使激光線準確投射在光電傳感器中央,界面右側圖表中顯示迭代進度.完成后將提示自動校準完成(Automatic calibration finished),操作人員可肉眼確認激光線落在傳感器中間位置.校準的數據保存在Phantom.xml文件中,可根據需要備份,自動校準界面見圖3.

圖3 自動校準界面

4 結果

通過對CYRPA HIT5型自動放射治療激光定位系統的自動校準調試,激光定位系統達到放射治療定位精度要求,測試結果見表1.

表1 CRYPA HIT5型自動放射治療激光定位系統校驗表

5 結論

放射治療的模擬定位是治療的第一步和基礎,以后的各個環節都要以定位的圖像和數據作為基礎,此環節產生的誤差將作為系統誤差貫穿治療過程的始終.放射治療的模擬定位環節產生的誤差會造成放射治療時的劑量分布的變化,影響患者的治療效果或者引起放射治療并發癥,尤其對現代精確放射治療更是如此[4].激光定位系統是放射治療模擬定位裝置的一部分,激光定位系統在患者體內建立3D坐標系,借助這個坐標系得到放射治療的等中心3個方向的擺位數值,并和放射治療機的3D坐標系發生關聯,完成患者的治療擺位過程[5-6].激光定位系統的準確與否,直接關系到腫瘤定位和放射治療計劃的精確實施.在激光定位系統的使用過程中,由于地基震動、墻體變形、熱脹冷縮、重力下垂以及機械磨損等原因,激光線會產生漂移[7].物理師做質量控制時檢查出激光線等中心的偏移數值超出精確放射治療所允許的范圍,則需對激光燈進行校準[8].目前,國內安裝的激光定位燈大部分是機械式,校準時需手動調節,調節的幅度缺乏可控性,需要反復進行調節才能達到要求,但耗時較長[9].CYRPA HIT5型自動放射治療激光定位系統具有可自由切換的紅綠雙光源,可滿足不同膚色人群的治療需要,同時避免由于某個光源損壞影響患者治療.電子自動化校準模體校準精度高,重復性好,減輕物理師的勞動強度,縮短調校時間,簡化操作流程,提高機器的利用率,為精確放射治療和正常人體組織及危及器官的射線防護提供更有力度的保障,對臨床治療效果的改善有重大意義,能為患者的治療帶來更多積極的影響[10-11].