淺層腫瘤射野影像采集裝置的研制

趙瑞，張漢平，李中華

蘭州軍區蘭州總醫院 放療科，甘肅蘭州 730050

淺層腫瘤射野影像采集裝置的研制

趙瑞，張漢平，李中華

蘭州軍區蘭州總醫院 放療科，甘肅蘭州 730050

目的 介紹一種淺層腫瘤放療數字化射野影像采集裝置。方法 模擬淺層腫瘤照射環境研制射野圖像采集裝置，獲取無畸變腫瘤射野圖像；借助核通Oncentra IMCON工作站或者Photoshop軟件更改圖像分辨率和勾畫射野形狀，再將數字化射野形狀輸出至熱絲切割機或者打印機。結果利用本裝置獲取的放療射野具有準確、方便、無輻射等特點。結論 本裝置可直接應用于診療室或病房放療，值得同行借鑒和應用。

射野影像采集裝置；放射治療；淺層腫瘤；射野

在放射治療中，腫瘤射野的擋鉛適形程度直接影響腫瘤周圍正常組織或重要器官的輻射防護效果。據估計，在大的放療中心約15%左右的患者需要應用高能電子線進行淺層腫瘤放射治療[1]。獲取淺層腫瘤射野方法主要有手持透明材料勾畫法、燈光射野投影法及X線透視拍片法。手持透明材料勾畫法是直接利用手持透明材料方法來勾畫射野形狀，此方法因主觀隨意性較大，獲取腫瘤射野十分粗糙；燈光射野投影法是對手持透明材料勾畫法的改進，即將透明材料固定于模擬定位機或加速器，利用燈光投影來勾畫腫瘤射野形狀[2-3]，該方法獲取的腫瘤射野準確性較高，但受制于操作場地和空間影響，多有不便；X線透視拍片法是使用鉛絲貼敷腫瘤射野形狀，然后再利用X線透視拍片來取得腫瘤射野軌跡，這種方法獲取腫瘤射野準確性雖然很高，但并不利于患者的輻射防護。

針對現有方法存在的問題和缺點，我們研究了一種淺層腫瘤數字化射野影像采集裝置，以獲取淺層腫瘤放療射野。

1 設計原理

本研究主要是基于圖像量測技術，即使用理想小孔成像模型（線性成像模型）來計算和分析問題。在線性成像模型中，像平面上的所有影像主體均可被實物主體的幾何放大或縮小，見圖1。

圖1 線性成像模型

圖中O點為原點，u、v分別為物距與像距，AB為實物高度，A'B'為AB在像平面上的成像高度。不難看出，A'B'可看作AB在像平面上的幾何縮小，即存在AB/ A'B'＝U/V比例關系。因此，若設計一種量測影像采集裝置，該裝置能夠模擬腫瘤照射條件采集腫瘤射野圖像，將射野圖像無失真轉化為數字化平面圖像，那么經計算機軟件勾畫和縮放處理后，便能達到獲取相應比例腫瘤射野形狀并輸出的目的。

2 裝置結構

基于方便臨床使用的需要，裝置設立移動支架，即裝置可以移動至病房或接診室使用；為保證采集距離的準確性設立調高豎桿、中心距離指示器，調高豎桿與中心距離指示器相互配合進行距離標定，中心距離指示器由金屬圓盤和定長指針構成，其不僅用于圖像采集距離的標定，還用于腫瘤射野中心位置的標定，金屬圓盤中央設計的中心水平泡用以調整、指示腫瘤射野圖像采集水平；裝置設立曲折橫桿，以保證與曲折杠桿連接的承載平臺能夠向前、后、左、右方向輕松移動；裝置承載平臺用于量測相機和中心距離指示器的放置與連接。腫瘤射野影像采集裝置結構，見圖2。

圖2 腫瘤射野影像采集裝置結構

3 裝置的使用方法

移動、調整采集裝置使承載平臺位于患者腫瘤射野上方，其高度略大于中心距離指示器的定長指針長度；安裝中心距離指示器于承載平臺，調整承載平臺，通過觀察中心距離指示器中心水平泡使承載平臺處于水平位置；微調調高豎桿及曲折橫桿，使中心距離指示器的定長指針末端接觸并指示于腫瘤射野中心；保持承載平臺位置不變，取下中心距離指示器，安裝量測相機，拍攝腫瘤射野圖像。

4 射野圖像處理

4.1 射野實際尺寸標定

圖像分辨率指單位長度上所包含的像素多少，圖像長邊總像素值、分辨率與圖像長邊尺寸之間有如下公式關系：

圖像長邊尺寸＝圖像長邊總像素值/分辨率[4]

由上式知，當圖像的總像素值不變時，圖像尺寸與圖像分辨率存在線性關系，因此，射野圖像的實際尺寸（或打印尺寸）可通過更改圖像分辨率獲取。

圖像分辨率標定方法：平鋪坐標紙，于坐標紙中央位置設計和標示射野中心，如前所述操作本裝置，拍攝坐標紙射野中心圖像；射野圖像導入Adobe Photoshop軟件，使用Photoshop“直尺”工具過射野中心量取一段實際長度為Dcm的坐標線，并假設其測量值為D' cm；設當“直尺”測量工具測量坐標線長度與實際坐標線長度相等時其圖像分辨率為P；使用“圖像大小”窗體查看當前圖像分辨率并設為P'，則圖像的分辨率P可表示為：

P×D= P'×D'，即P=D' P'/D 。

P值即為“直尺”測量工具測量坐標線長度與實際坐標線長度相等時所需圖像分辨率（當使用相同量測相機、相同焦距時，P值為定值）。

4.2 射野勾畫與輸出

在常規淺層腫瘤電子線治療中，電子線限光筒距離射野中心5 cm，因此，在鉛鏌制做實際工作中，需要將射野形狀縮小到95%后再用于鉛模制作。制作電子線鉛模時圖像分辨率需更改為P×(1+95%)，為敘述方便我們設此值為F（同一量測相機、同一焦距，F為定值）。

4.2.1 核通Oncentra IMCON工作站軟件勾畫與輸出[5]

打開核通模擬定位機Oncentra IMCON軟件，導入患者射野圖像；根據圖像分辨率定值F，計算和測量射野圖像中任兩點間的像素所代表的距離長度，為方便起見以量測相機圖像寬度為固定寬度，設其圖像寬度像素數為W，則其距離長度為W/F，以此設置射野圖像比例；選取Overlays的Blocks工具勾畫射野形狀，最后選用“Print block template at iso level”選項進行擋鉛圖形打印或者生成熱絲切割機文件輸出。

4.2.2 Adobe Photoshop軟件勾畫與輸出

打開Photoshop軟件，導入患者射野圖像，使用Photoshop“圖像”菜單下的“圖像大小”工具重新設置圖像分辨率為定值F；新建圖層，選用適當大小畫筆進行射野形狀勾畫；隱除背景層，打印輸出射野形狀或者存儲為BMP文件輸出至熱絲切割機。

5 討論

圖像量測技術是以現代光學為基礎，融光、計算機圖像學、機械、電等科學技術為一體的現代測量技術。圖像測量就是在測量被測對象時把圖像當作檢測和傳遞信息的手段或載體加以利用進行測量[6-7]。由于非量測相機價格便宜、 重量輕、使用方便的特點，愈來愈廣泛地應用到圖像測量的各個領域。一般來說，非量測數碼相機的鏡頭畸變較大，越靠近畫面邊緣就越嚴重，使圖像的測量精度受到影響，從而導致變形監測精度降低，需做圖像的畸形校正[8]，但在一定條件下，非量測相機能夠達到與量測相機相同的精度[9]。如我們實際使用的松下DMC-SZ1型CCD民用相機使用優質徠卡鏡頭，鏡頭畸變微小，當拍攝距離為100 cm時，能夠拍攝到的面積約（103×137） cm2，而常規電子線射野面積最大只有（25×25） cm2，可以有效規避因鏡頭畸變而造成的圖像邊緣失真問題，其量測精度足以適合實際鉛模制做需要。當然，若不考慮經濟成本因素，選用量測相機更好。

使用Adobe Photoshop軟件進行圖像尺寸設置時，“圖像大小”對話框應取消默認 “重定圖像像素”選項，這是因重新定義圖像像素后，圖像長邊總像素值會發生改化，從而使得“圖像長邊尺寸＝圖像長邊總像素值/分辨率”公式不再適用。

本技術方法提供了一種全新的淺層腫瘤治療射野數字化獲取方式，解決了當前治療射野獲取不準確、不方便及存在輻射問題。另外，本研究裝置可直接應用于診療室或病房，方便于放療臨床使用，值得放療同行借鑒和應用。

[1] 殷蔚伯,余子豪,等.腫瘤放射治療學[M].北京:中國協和醫科大學出版社,2008.

[2] 陳列松,嚴利明,陸雪官,等.電子線射野勾畫模擬架的制作與臨床應用[J].臨床腫瘤學雜志,2003,8(6):450-451.

[3] 張海南,湯日杰,張書旭,等.CT/MRI融合圖像在盆腔腫瘤放療靶區勾畫中的應用[J].中國醫療設備,2011,26(5):154-156.

[4] 芶雁,黃培.數字圖像分辨率的應用分析[J].電腦知識與技術,2007,(24):141-143.

[5] 趙瑞,魏世華,朱向輝,等.核通數字化模擬定位機制做電子線擋鉛的改進[J].中國醫學物理學雜志,2011,28(1):2351-2353.

[6] 張紅娜,王祁.圖像測量技術及其應用[J].電測與儀表,2003,(7):19-21.

[7] 蔣家東,袁道成,蒲潔,等.基于圖像測量技術的裝配間隙在線測量研究[J].傳感器技術,2005,24(12):26-28.

[8] 馬莉,王國輝,李錦成,等.數碼相機鏡頭畸變對變形監測精度的影響及其改正方法[J].鐵道建筑,2006,(11):106-108.

[9] 王細波,曾卓喬.非量測相機在近景攝影測量中應用的若干問題[J].礦山測量,1990,(4):3-7.

Development of Digital Superf i cial Layer Tumor Irradiation Field Acquisition System

ZHAO Rui, ZHANG Han-ping,
LI Zhong-hua
Radiotherapy Department, Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Command, Lanzhou Gansu 730050,China

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.008

1674-1633(2012)07-0036-02

2012-01-10

2012-05-21專利：國家實用新型專利（ZL201020062302.9）。

作者郵箱：zrznl318@sina.com

Abstract: Objective To introduce a kind of digital superf i cial layer tumor irradiation fi eld acquisition system. Methods Manufactured a irradiation fi eld acquisition system that could simulate the superf i cial layer tumor irradiation environment to obtain distortionless tumor irradiation fi eld images. Changed the resolution of the fi eld image and drew the shape of the irradiation fi eld with Nucletron Oncentra IMCON workstation or Adobe Photoshop software, then exported the drawn fi eld shape to the hot wire cutter and the printer. Results The system is accurate, convenient and nonradiative. Conclusion The system can be directly applied in radiotherapy for consulting room or ward and is worth using for reference.

Key words: irradiation fi eld acquisition system; radiotherapy; superf i cial layer tumor; irradiation fi eld