影像引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)MV級影像面板的測試校準(zhǔn)

張桂華，郭金濤

（聊城市第二人民醫(yī)院放射治療科，山東聊城 252602）

0 引言

放射治療是腫瘤治療的主要治療手段之一，各類腫瘤中約40%患者需要進(jìn)行放射治療[1]。隨著計算機(jī)技術(shù)和人工智能的迅速發(fā)展，腫瘤放射治療中也出現(xiàn)了多種新技術(shù)，如影像引導(dǎo)放射治療將采集的影像信息應(yīng)用到腫瘤放射治療的過程中，通過現(xiàn)場采集影像與原始影像進(jìn)行對比調(diào)整治療坐標(biāo)，保證了治療靶區(qū)位置的準(zhǔn)確性。MV級影像面板（Portal Vision aS 500-Ⅱ）主要用于電子密度偏高的骨性部位的位置驗證。MV級影像引導(dǎo)放射治療射線能量為高能X射線，具有組織吸收劑量高、圖像質(zhì)量較差、對軟組織分辨力低、使用方便的特點，常用于頸部和盆腔腫瘤的位置驗證。射線能量高造成的組織之間的分辨力差是無法解決的問題，而保證影像面板各技術(shù)參數(shù)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是MV級影像面板臨床應(yīng)用的根本保障[2]。在放射治療位置驗證中影像面板的質(zhì)量控制直接決定了患者的治療效果，因此需要定期對影像面板進(jìn)行測量校準(zhǔn)。

1 位置測試驗證

1.1 機(jī)械臂的機(jī)械位置驗證

在保證直線加速器等中心位置精度在±1 mm下，利用無線手柄適當(dāng)使用前指針、十字準(zhǔn)星及測距燈分別對機(jī)械臂進(jìn)行位置預(yù)設(shè)，P1～P5位置坐標(biāo)Z（垂直）、X（左右）、Y（前后）分別預(yù)設(shè)為:0.0、0.0、0.0 cm，-30、0.0、0.0 cm，-40、0.0、0.0 cm，-50、0.0、0.0 cm，-60、0.0、0.0 cm。手動出臂定位到P1、P2、P3、P4、P5各點并測量每個軸的位置，使等中心參考位置與手柄數(shù)字顯示一致，誤差不超過1 mm（等中心層在面板表面以下12 mm）。機(jī)械臂的移動范圍:等中心向上30cm，等中心向下≥40 cm。橫向移動范圍≥31.8 cm。機(jī)械臂分別垂直行進(jìn)5個點均能到達(dá)，誤差＜2 mm；旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂利用前指針觀察每個軸的位移量，三維方向旋轉(zhuǎn)精度＜2 mm。

1.2 等中心誤差驗證

將機(jī)架角、小機(jī)頭調(diào)整為0°，通過射野燈測距尺將等中心方形校準(zhǔn)模塊（如圖1所示）放于直線加速器等中心處，打開MV級機(jī)械臂移動到P4點，旋轉(zhuǎn)機(jī)架角度分別在 0°、90°、180°、270°時對等中心校準(zhǔn)模塊進(jìn)行拍片測量，從4幅圖片中測量兩點最大距離（如圖2所示），最大半徑應(yīng)≤0.75 mm。

圖1 等中心校準(zhǔn)模塊

圖2 等中心誤差測量

2 圖像測試驗證

2.1 圖像采集測試

（1）暗場驗證了圖像采集系統(tǒng)的偏移量，暗場圖像是在沒有光束和校準(zhǔn)的情況下拍攝的，IPV-PVIAS3-C驗收報告要求像素值的平均值應(yīng)為2 000～5 000。因二極管短路等因素的影響易出現(xiàn)可見缺陷，在測試模式中選擇高質(zhì)量圖像技術(shù)采集暗場圖像（如圖3所示），選擇丟棄原有校準(zhǔn)設(shè)置記錄數(shù)據(jù)中像素統(tǒng)計值。通過圖像采集系統(tǒng)工具重新采集查看像素統(tǒng)計值，測得像素平均值為3 465，在正常范圍內(nèi)。

（2）噪聲圖像測試檢測的是在熱噪聲環(huán)境下反復(fù)獲取相同穩(wěn)定圖像的能力[3]。連續(xù)采集2個暗場圖像，把2個連續(xù)的暗場圖像進(jìn)行相減即可得到噪聲圖像。高質(zhì)量噪聲圖像像素平均值范圍應(yīng)為-5～5，標(biāo)準(zhǔn)差（Portal Vision aS500-Ⅱ型號）＜10為合格。

圖3 高質(zhì)量圖像技術(shù)采集暗場圖像

2.2 漂移圖像測試

漂移圖像測試是對圖像檢測單元（image detection unit，IDU）可靠性的驗證。在特定時間內(nèi)（15 s）自動拍攝2個暗場圖像，采集暗場圖像時未射出X射線，將2幅暗場圖像相減即可得到漂移圖像。漂移圖像依賴于單個像素的IDU泄漏電流，與噪聲圖像看起來非常不同，隨著溫度變化像素平均值也發(fā)生變化。漂移圖像平均值要求:0℃≤環(huán)境溫度≤20℃，像素平均值≤600；20℃＜環(huán)境溫度≤25℃，像素平均值≤1 000；25℃＜環(huán)境溫度≤30℃，像素平均值≤1 700。選擇高質(zhì)量的圖像技術(shù)獲取漂移圖像（調(diào)整窗口/水平來顯示圖像），測得環(huán)境溫度≤25℃，像素平均值≤1 000，像素值的標(biāo)準(zhǔn)差＜500。

2.3 像素校正

非晶硅圖像檢測器可引起數(shù)千個有缺陷或干擾的像素，為了糾正這一點，應(yīng)用像素缺陷映射，將相鄰像素單元的像素平均值作為基準(zhǔn)代替所有缺陷的像素單元。對影像面板進(jìn)行缺陷像素單元的自動修復(fù)，要求缺陷像素總數(shù)≤11 000個，相鄰行數(shù)最大缺陷數(shù)≤2個。

2.4 對比度分析

對比度分辨力是在給定的能量和劑量下利用成像儀顯示物體對比度的能力[4]。將對比分析模塊放于治療床上，進(jìn)行不同能量的照射，通過觀察不同大小的孔深在不同能量下物體的顯像情況進(jìn)行對比度分析。分別采用高質(zhì)量成像技術(shù)和雷達(dá)掃描技術(shù)獲得2幅圖像，低能 X 射線（4～8 MV）時 A、B、C、D、E 孔均可見，高能 X 射線（10～25 MV）時 A、B、C、D 孔可見。對比度分析樣圖如圖4所示。

圖4 對比度分析樣圖

3 劑量測定驗證

利用像素技術(shù)和劑量的線性關(guān)系進(jìn)行劑量測定（50 MU的平均像素值應(yīng)該在成像儀上顯示100 MU的一半）[5]。劑量測量校準(zhǔn)時需在沒有劑量歸一化或光束校正的情況下進(jìn)行。測定條件:6 MV X射線，影像臂面板位置坐標(biāo)Z、X、Y分別為0.0、0.0、0.0 cm，射野大小10 cm×10 cm。分別給予50、100、200 MU劑量照射，對獲取圖像使用直方圖函數(shù)分析軟件分析記錄相關(guān)參數(shù)（平均值、平均幀數(shù)、圖像累計像素數(shù)、累計像素百分比），詳見表1，從而驗證綜合像素數(shù)是否符合規(guī)范。

表1 MV級影像面板劑量測定選項測量表

由表1可以看出，50、100、200 MU劑量照射下累計像素百分比分別為49.6%、100.0%、200.3%，均在正常范圍內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠滿足放射治療擺位需求。

4 小結(jié)

影像引導(dǎo)放射治療技術(shù)是精確放射治療發(fā)展的必要條件和質(zhì)量保證[6-7]。影像引導(dǎo)放射治療系統(tǒng)MV級影像面板在擺位驗證中使用廣泛、應(yīng)用簡單方便，可以快速提供具有一定分辨力的圖像供臨床參考。對MV級影像面板定期、系統(tǒng)地檢測校準(zhǔn)，保證其性能穩(wěn)定、可靠，能夠有效提高圖像質(zhì)量，對放射治療順利實施具有重要意義。