射波刀啟用前的調(diào)試和放射物理師的任務(wù)

陳光耀　孫振杰　徐　波　尚海焦　趙耀巍

[摘要]本文介紹了射波刀(cyberKnife)在部分醫(yī)院中的運(yùn)作或安裝，并經(jīng)放射物理師進(jìn)行啟用前調(diào)試準(zhǔn)備，目的在對射波刀啟用前調(diào)試(commissioning)和放射物理師在射波刀調(diào)試的任務(wù)，作一說明。

[關(guān)鍵詞]射波刀調(diào)試任務(wù)

1前言

射波刀(CyberKnife)是美國斯坦福大學(xué)神經(jīng)外科教授JohnAdler所發(fā)明，由位于加州sunnyvale鎮(zhèn)Accuray公司所生產(chǎn)，于2001年8月經(jīng)美國FDA認(rèn)證通過是全身各部位病灶放射外科治療的高精密醫(yī)學(xué)儀器，對放射物理師工作的依賴甚深。到目前為止全球約有80部射波刀正在運(yùn)作或安裝中，其中亞洲約有二十余部。在中國除了臺灣已有兩部在使用，即臺南市成功大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院使用進(jìn)入第六年、臺北市臺北醫(yī)學(xué)大學(xué)萬芳醫(yī)學(xué)中心使用第二年、另兩部預(yù)備安裝外，香港港安醫(yī)院和天津腫瘤醫(yī)院皆已使用超過半年。山東省濟(jì)南市(解放路62號)魯臺醫(yī)院的射波刀已于2007年3月底安裝完成，并經(jīng)放射物理師進(jìn)行啟用前調(diào)試使用。

2物理師團(tuán)隊(duì)

射波刀的啟用前調(diào)試，是美國Accuray公司負(fù)責(zé)將射波刀安裝后移交給醫(yī)院作臨床使用過程中，非常重要的工作環(huán)節(jié)，目的在把射波刀整個系統(tǒng)測量、調(diào)試至非常精準(zhǔn)的水平，并留下所有的記錄，證明各個子系統(tǒng)的功能達(dá)標(biāo)，才能用在病人身上。由于射波刀治療的主要對象是惡性腫瘤病人，而治療的步驟又高度自動化，治療的成敗牽涉到病人的生死，以及醫(yī)師和醫(yī)院的聲譽(yù)，所以射波刀啟用前的調(diào)試是如此關(guān)鍵和嚴(yán)肅，從事啟用前的調(diào)試的放射物理師的責(zé)任顯得非常巨大，擔(dān)任服役作業(yè)的物理師的選派，都有精深的基礎(chǔ)知識、臨床訓(xùn)練以及美國射波刀生產(chǎn)原廠的培訓(xùn)。以這一次魯臺醫(yī)院射波刀服役作業(yè)的物理師團(tuán)隊(duì)為例，由三方面組成：一方面是美國Accuray公司駐香港亞太地區(qū)的放射物理師擔(dān)任，二方面是中國射波刀代理的合富公司所派遣的物理師，第三方面是魯臺醫(yī)院的物理師及其助理。整個放射物理師團(tuán)隊(duì)又在合富公司和魯臺醫(yī)院的放射腫瘤學(xué)專家指導(dǎo)和協(xié)調(diào)下進(jìn)行和完成工作。

3射波刀系統(tǒng)

射波刀的整個系統(tǒng)包括很多個子系統(tǒng)和支持設(shè)備，分別安放在四個房間，也就是治療室、計(jì)劃室、設(shè)備室和控制室。如果從治療室看，如圖2所示，可以看到四組設(shè)備。

3.1機(jī)器人照射系統(tǒng)包括機(jī)器人子系統(tǒng)(roboticsub system)線，例如連到機(jī)器人控制器(roboticcontroller)、冷卻器(chiller)、調(diào)制器(modulator)、調(diào)制器控制箱(MCC即modulator control chassis)和介面控制箱(IFCC即interface controlchassis)。此外尚有教學(xué)懸掛器(teachpendant)，也從治療室隔壁和機(jī)器人控制器相連。

3.2定位系統(tǒng)工程包括安裝在天花板上兩套X光攝影子系統(tǒng)(imaging subsystem)，分別連接至設(shè)備室X光發(fā)生器(x-ray generator)，后者又透過同室的靶區(qū)尋找系統(tǒng)(TLS即target locatLag system)和TLS控制箱(TLS control chasissis)和安裝在治療室地面的影像探測器(imagLagdetectors)相連。

3.3治療床和病人擺位子系統(tǒng)(patient positioning subsystem)透過電腦的連接，治療床沿X、Y、z軸的線移和旋轉(zhuǎn)等六向運(yùn)動，可控制自動擺位。

3.4同步運(yùn)作子系統(tǒng)(Synchronysubsystem)即透過對病人胸前紅光二極體的攝影記錄，經(jīng)由設(shè)備室的同步運(yùn)作計(jì)算器(Synchrony PC)處理后，將訊號反饋至靶區(qū)尋找系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，最后驅(qū)使直線加速器的射束，隨呼吸的動率作動態(tài)腫瘤的照射。此外設(shè)備室安裝了電力及控制子系統(tǒng)，包括緊急斷電控制箱(E-stop controlchassis)、電力分配箱(PDU即powerdistrlbution unit)及不斷電裝置(UPS即uninterruptible powersupply)，整個系統(tǒng)由SGI主工作站(primary workstation)的計(jì)算機(jī)和控制室及治療計(jì)劃室的設(shè)備連接在一起，控制室裝后控制板面、電腦及熒幕、緊急斷電控制系統(tǒng)、印刷機(jī)和治療治路電視熒幕，形成精準(zhǔn)且功能卓越的放射外科治療系統(tǒng)。

由上述可知整個射波刀放射外科治療系統(tǒng)，從安裝、調(diào)試，臨床使用和功能維護(hù)，設(shè)備工程師和放射物理師需要密切的配合。射波刀啟動前的調(diào)試，放射物理師的作業(yè)步驟非常龐大細(xì)致，其中最關(guān)鍵的是直線加速器和治療計(jì)劃系(TPS即treatmentplanning system)的啟動前調(diào)試，下面兩節(jié)將逐一介紹。

4直線加速器啟用前調(diào)試

4.1射線質(zhì)的測定和調(diào)試射波刀的精確雖是以往的任何一種放射治療機(jī)器所不能比擬的，其技術(shù)的科技含量和復(fù)雜程度也可見一斑，但對于這樣一個如此先進(jìn)放射外科設(shè)備，在射波刀直線加速器的調(diào)試工作中卻和常規(guī)放療直線加速器驗(yàn)收調(diào)試工作一樣簡單易行，是易于掌握和操作的。在測量準(zhǔn)直器的漏射率，以及劑量計(jì)精度、穩(wěn)定性，安全區(qū)與穩(wěn)定區(qū)距離等方面的測試步驟也與常規(guī)放療直線加速器。其他一些有差異的內(nèi)容也只是在設(shè)置條件方面稍有不同，例如，射線絕對劑量的校準(zhǔn)是在SAD＝800mm(SAD是Sours of Axis Distance的簡寫)，水下15mm處將直線加速器調(diào)整到1MU＝1cGy；測量劑量率時，要確認(rèn)每分鐘大于400cGy。應(yīng)用40mm準(zhǔn)直器，SAD=800mm條件下，測定射野平坦度、對稱性、半影等。

4.2機(jī)械和附件部分的測量和校準(zhǔn)

4.2.1機(jī)器人靶區(qū)尋找系統(tǒng)目測檢查打開控制室的電腦、在PlanM enu上選New，繼續(xù)選SingleCenter，并找默認(rèn)位置中心，將該中心位置設(shè)為(0，0，0)，在中心位置放置Beekley標(biāo)記，在不出射束的情況下操作演示計(jì)劃，目測機(jī)械臂每走到任何一個節(jié)點(diǎn)時，激光準(zhǔn)直器的激光點(diǎn)是否都落在Beekley原點(diǎn)上。

4.4.2激光的調(diào)正包括機(jī)械臂Perch位精度的檢查以及直線加速器激光與輻射場的重合情況。主要過程如下：

(1)Perch垂直位置測試：放一張白紙，松開二級準(zhǔn)直器停止針把手，旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器，標(biāo)記其激光點(diǎn)運(yùn)動軌跡，軌跡圓形直徑不超1mm。

(2)直線加速器激光和輻射場疊合情況檢查：安裝激光輔助準(zhǔn)直器，放一激光膠片，調(diào)正機(jī)械手軌跡，與膠片垂直，在膠片用鋒利針在膠片上激光點(diǎn)處打孔，SAD＝800mm，60mm準(zhǔn)直器，曝光(建議3000MU)，射野中心距打孔距離不應(yīng)超過5rran，(建議用ImageJ軟件處理膠片)。

4.2.3成象校正將機(jī)械中心指示裝置安裝后，利用x-ray曝光，確認(rèn)機(jī)械中心指示點(diǎn)成像必須在影像中心點(diǎn)上。

4.3.4靶區(qū)尋找系統(tǒng)監(jiān)測此項(xiàng)監(jiān)測主要的目的是為了確認(rèn)機(jī)械臂按靶區(qū)位置變動后繼續(xù)照射靶區(qū)的準(zhǔn)確性。步驟如下：在加速器上執(zhí)行測試計(jì)劃，當(dāng)定位完成后，人工調(diào)整模體，即將治療床在三個平移軸上移動固定的距離后，再次曝光定位，將把區(qū)尋找系統(tǒng)估計(jì)值與實(shí)際治療床位置進(jìn)行比對，結(jié)果要求差異小于2mm。

5治療計(jì)劃系統(tǒng)啟用前調(diào)試

5.1治療計(jì)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理將射線數(shù)據(jù)收集過程中得到的TPR(Tissue Phantom Radm)、OCR(0ff Center Radio)、DF(Out putFactors)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCCII碼輸入計(jì)劃系統(tǒng)后，再次打印核對每一個數(shù)據(jù)的精確性。

5.2用固體水模并電離室周圍植入金標(biāo)，并在模體三維方向上標(biāo)記固定已知的距離。將模體進(jìn)行CT掃描，圖像傳人計(jì)劃系統(tǒng)，應(yīng)用已知距離標(biāo)記點(diǎn)，驗(yàn)證CT的幾何精度。以電離室為靶區(qū)，作治療計(jì)劃，驗(yàn)證計(jì)劃絕對劑量精度。

6結(jié)論

射波刀啟用前調(diào)試的整個過程，約需要3周，其中一周是將調(diào)試的記錄傳回美國Accuray公司審核，經(jīng)公司認(rèn)可后，屬于射束參數(shù)(beamdata)，輸入治療計(jì)劃系統(tǒng)，待所有的記錄都達(dá)到滿意的程度，尤其是各子系統(tǒng)得精度測量數(shù)據(jù)，達(dá)到Accuray公司制定的標(biāo)準(zhǔn)。這時醫(yī)院的射波刀核心工作團(tuán)隊(duì)，便可以開始預(yù)備與被第一批病人。并協(xié)調(diào)美國射波刀專家教授，前來現(xiàn)場視察，指導(dǎo)第一批病人的治療。第一批病人治療后，醫(yī)院發(fā)放射物理師的任務(wù)，除了配合醫(yī)師的處方，每天制作和執(zhí)行個別病人的治療計(jì)劃外。就是對射波刀系統(tǒng)和子系統(tǒng)進(jìn)行每天、每周、每季和每年的品質(zhì)保證工作，并指導(dǎo)資淺物理師、治療技術(shù)師及新進(jìn)人員，正確使用射波刀為病患服務(wù)。