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(qū)蘭州總醫(yī)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(qū)蘭州總醫(yī)院 放療科，甘肅蘭州 730050

目的 介紹一種淺層腫瘤放療數(shù)字化射野影像采集裝置。方法 模擬淺層腫瘤照射環(huán)境研制射野圖像采集裝置，獲取無(wú)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(huà)射野形狀，再將數(shù)字化射野形狀輸出至熱絲切割機(jī)或者打印機(jī)。結(jié)果利用本裝置獲取的放療射野具有準(zhǔn)確、方便、無(wú)輻射等特點(diǎn)。結(jié)論 本裝置可直接應(yīng)用于診療室或病房放療，值得同行借鑒和應(yīng)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?chē)＝M織或重要器官的輻射防護(hù)效果。據(jù)估計(jì)，在大的放療中心約15%左右的患者需要應(yīng)用高能電子線進(jìn)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(huà)法、燈光射野投影法及X線透視拍片法。手持透明材料勾畫(huà)法是直接利用手持透明材料方法來(lái)勾畫(huà)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(duì)手持透明材料勾畫(huà)法的改進(jìn)，即將透明材料固定于模擬定位機(jī)或加速器，利用燈光投影來(lái)勾畫(huà)腫瘤射野形狀[2-3]，該方法獲取的腫瘤射野準(zhǔn)確性較高，但受制于操作場(chǎng)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(lái)取得腫瘤射野軌跡，這種方法獲取腫瘤射野準(zhǔn)確性雖然很高，但并不利于患者的輻射防護(hù)。

針對(duì)現(xiàn)有方法存在的問(wèn)題和缺點(diǎn)，我們研究了一種淺層腫瘤數(shù)字化射野影像采集裝置，以獲取淺層腫瘤放療射野。

1 設(shè)計(jì)原理

本研究主要是基于圖像量測(cè)技術(shù)，即使用理想小孔成像模型（線性成像模型）來(lái)計(jì)算和分析問(wèn)題。在線性成像模型中，像平面上的所有影像主體均可被實(shí)物主體的幾何放大或縮小，見(jiàn)圖1。

圖1 線性成像模型

圖中O點(diǎn)為原點(diǎn)，u、v分別為物距與像距，AB為實(shí)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(guān)系。因此，若設(shè)計(jì)一種量測(cè)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(wú)失真轉(zhuǎn)化為數(shù)字化平面圖像，那么經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件勾畫(huà)和縮放處理后，便能達(dá)到獲取相應(yīng)比例腫瘤射野形狀并輸出的目的。

2 裝置結(jié)構(gòu)

基于方便臨床使用的需要，裝置設(shè)立移動(dòng)支架，即裝置可以移動(dòng)至病房或接診室使用；為保證采集距離的準(zhǔn)確性設(shè)立調(diào)高豎桿、中心距離指示器，調(diào)高豎桿與中心距離指示器相互配合進(jìn)行距離標(biāo)定，中心距離指示器由金屬圓盤(pán)和定長(zhǎng)指針構(gòu)成，其不僅用于圖像采集距離的標(biāo)定，還用于腫瘤射野中心位置的標(biāo)定，金屬圓盤(pán)中央設(shè)計(jì)的中心水平泡用以調(diào)整、指示腫瘤射野圖像采集水平；裝置設(shè)立曲折橫桿，以保證與曲折杠桿連接的承載平臺(tái)能夠向前、后、左、右方向輕松移動(dòng)；裝置承載平臺(tái)用于量測(cè)相機(jī)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(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。

圖2 腫瘤射野影像采集裝置結(jié)構(gòu)

3 裝置的使用方法

移動(dòng)、調(diào)整采集裝置使承載平臺(tái)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(zhǎng)指針長(zhǎng)度；安裝中心距離指示器于承載平臺(tái)，調(diào)整承載平臺(tái)，通過(guò)觀察中心距離指示器中心水平泡使承載平臺(tái)處于水平位置；微調(diào)調(diào)高豎桿及曲折橫桿，使中心距離指示器的定長(zhǎng)指針末端接觸并指示于腫瘤射野中心；保持承載平臺(tái)位置不變，取下中心距離指示器，安裝量測(cè)相機(jī)，拍攝腫瘤射野圖像。

4 射野圖像處理

4.1 射野實(shí)際尺寸標(biāo)定

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

圖像長(zhǎng)邊尺寸＝圖像長(zhǎng)邊總像素值/分辨率[4]

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

圖像分辨率標(biāo)定方法：平鋪?zhàn)鴺?biāo)紙，于坐標(biāo)紙中央位置設(shè)計(jì)和標(biāo)示射野中心，如前所述操作本裝置，拍攝坐標(biāo)紙射野中心圖像；射野圖像導(dǎo)入Adobe Photoshop軟件，使用Photoshop“直尺”工具過(guò)射野中心量取一段實(shí)際長(zhǎng)度為Dcm的坐標(biāo)線，并假設(shè)其測(cè)量值為D' cm；設(shè)當(dāng)“直尺”測(cè)量工具測(cè)量坐標(biāo)線長(zhǎng)度與實(shí)際坐標(biāo)線長(zhǎng)度相等時(shí)其圖像分辨率為P；使用“圖像大小”窗體查看當(dāng)前圖像分辨率并設(shè)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(cè)量工具測(cè)量坐標(biāo)線長(zhǎng)度與實(shí)際坐標(biāo)線長(zhǎng)度相等時(shí)所需圖像分辨率（當(dāng)使用相同量測(cè)相機(jī)、相同焦距時(shí)，P值為定值）。

4.2 射野勾畫(huà)與輸出

在常規(guī)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(shí)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(shí)圖像分辨率需更改為P×(1+95%)，為敘述方便我們?cè)O(shè)此值為F（同一量測(cè)相機(jī)、同一焦距，F(xiàn)為定值）。

4.2.1 核通Oncentra IMCON工作站軟件勾畫(huà)與輸出[5]

打開(kāi)核通模擬定位機(jī)Oncentra IMCON軟件，導(dǎo)入患者射野圖像；根據(jù)圖像分辨率定值F，計(jì)算和測(cè)量射野圖像中任兩點(diǎn)間的像素所代表的距離長(zhǎng)度，為方便起見(jiàn)以量測(cè)相機(jī)圖像寬度為固定寬度，設(shè)其圖像寬度像素?cái)?shù)為W，則其距離長(zhǎng)度為W/F，以此設(shè)置射野圖像比例；選取Overlays的Blocks工具勾畫(huà)射野形狀，最后選用“Print block template at iso level”選項(xiàng)進(jìn)行擋鉛圖形打印或者生成熱絲切割機(jī)文件輸出。

4.2.2 Adobe Photoshop軟件勾畫(huà)與輸出

打開(kāi)Photoshop軟件，導(dǎo)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(shè)置圖像分辨率為定值F；新建圖層，選用適當(dāng)大小畫(huà)筆進(jìn)行射野形狀勾畫(huà)；隱除背景層，打印輸出射野形狀或者存儲(chǔ)為BMP文件輸出至熱絲切割機(jī)。

5 討論

圖像量測(cè)技術(shù)是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融光、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、機(jī)械、電等科學(xué)技術(shù)為一體的現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)。圖像測(cè)量就是在測(cè)量被測(cè)對(duì)象時(shí)把圖像當(dāng)作檢測(cè)和傳遞信息的手段或載體加以利用進(jìn)行測(cè)量[6-7]。由于非量測(cè)相機(jī)價(jià)格便宜、 重量輕、使用方便的特點(diǎn)，愈來(lái)愈廣泛地應(yīng)用到圖像測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域。一般來(lái)說(shuō)，非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)的鏡頭畸變較大，越靠近畫(huà)面邊緣就越嚴(yán)重，使圖像的測(cè)量精度受到影響，從而導(dǎo)致變形監(jiān)測(cè)精度降低，需做圖像的畸形校正[8]，但在一定條件下，非量測(cè)相機(jī)能夠達(dá)到與量測(cè)相機(jī)相同的精度[9]。如我們實(shí)際使用的松下DMC-SZ1型CCD民用相機(jī)使用優(yōu)質(zhì)徠卡鏡頭，鏡頭畸變微小，當(dāng)拍攝距離為100 cm時(shí)，能夠拍攝到的面積約（103×137） cm2，而常規(guī)電子線射野面積最大只有（25×25） cm2，可以有效規(guī)避因鏡頭畸變而造成的圖像邊緣失真問(wèn)題，其量測(cè)精度足以適合實(shí)際鉛模制做需要。當(dāng)然，若不考慮經(jīng)濟(jì)成本因素，選用量測(cè)相機(jī)更好。

使用Adobe Photoshop軟件進(jìn)行圖像尺寸設(shè)置時(shí)，“圖像大小”對(duì)話框應(yīng)取消默認(rèn) “重定圖像像素”選項(xiàng)，這是因重新定義圖像像素后，圖像長(zhǎng)邊總像素值會(huì)發(fā)生改化，從而使得“圖像長(zhǎng)邊尺寸＝圖像長(zhǎng)邊總像素值/分辨率”公式不再適用。

本技術(shù)方法提供了一種全新的淺層腫瘤治療射野數(shù)字化獲取方式，解決了當(dāng)前治療射野獲取不準(zhǔn)確、不方便及存在輻射問(wèn)題。另外，本研究裝置可直接應(yīng)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(yīng)用。

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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(zhuān)利：國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)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