Elektronikus mezőellenőrző berendezések

   Tankönyv Fizikusoknak  »  Képalkotás szerepe a sugárterápiában  »  Sugárterápiás kezelések kivitelezésének ellenőrzése  »  Elektronikus mezőellenőrző berendezések

Az elektronikus mezőellenőrző berendezéssel (electronic portal imaging devices - EPID) készített felvétel a számítógép képernyőjén jelenik meg az adott kezelésnél a besugárzási idő alatt, tehát a beteg számára többletdózist nem jelent. A felvétel számítógépen tárolható, és bármikor újra megtekinthető. (Készülhet az elektronikus mezőellenőrző felvétel közvetlenül a kezelés előtt, ill. után is - ekkor a beteg számára minimális többletdózissal jár, ill. ez a kis terhelés is a számítógép által követett kezelési összdózisba beszámítható.)
Az első ilyen rendszerek videó alapúak voltak (VEPID): a sugárnyaláb keresztülhalad a betegen és fluoreszcens képernyőt gerjeszt, amely 45o-os tükör segítségével továbbítja a képet a videokamerának. A kamera számítógéphez csatlakozik. Ezt a rendszert a következő ábra mutatja be

A tükör alapú EPID-nél kivitelezési problémát okoz a tükör nagy mérete. Wong és mtsai olyan rendszert fejlesztettek ki, amelynél a tükröt száloptikás rendszer váltja fel, ami a fényt közvetlenül a videokamerába továbbítja.
Egy másik EPID fajtánál detektorként folyadék-ionizációs kamramátrixot alkalmaznak, használata a következő ábrán látható.

Ez a módszer sokkal kompaktabb, mint a videó alapú rendszerek, és a mérete is jobban hasonlít a film kazettáéhoz. A folyadék-ionizációs kamrával (scanning liquid ionization chamber - SLIC) történő szkennelést Amszterdamban fejlesztették ki a megavoltos mezőellenőrző felvételek készítéséhez. Ez a rendszer 256x256-os mátrixban elhelyezett, izooktánnal töltött ionizációs kamrákból áll, amit 1mm vastagságú acéllemezzel fedtek be. A jel kiolvasására folyamatosan polarizáló feszültséget alkalmaznak minden elektróda sornál, és az ionizációs áramból oszloponként mintát vesznek. A detektálás az egyensúlyi rekombinációs állapotban lévő ionok mintavételezésén alapul, ahol az ionok előállítása az ionok rekombinációjának mértékével arányos sugárzással történik. A jel megközelítőleg arányos a dózis négyzetgyökével. A detektor működési és dozimetriai sajátosságait részletesen vizsgálta Essers, van Herk és mtsai.
Az újgenerációs mezőellenőrző berendezések a-Si (amorf-szilícium) detektort tartalmaznak, és az indirekt detektálás elvén alapulnak, működési elvük a következő ábrán látható.

A sík panel detektorok digitális röntgenkamerák. A detektor érzékelői amorf-szilícium fotodiódák, amiket szcintillátor réteggel ellátott üvegre visznek fel. Az a-Si fotodiódák a látható fényre érzékenyek Az érzékenységi csúcs a zöld tartományban van, jól illeszkedik a Gd2O2S:Tb (LANEX) érzékenységi görbéjéhez. A beeső röntgensugarakat a szcintillátor látható fénnyé alakítja, ami az előfeszített fotodiódában elektron-lyuk párokat kelt. A TFT-ket a kapcsolódó kapuáramkörük vezérli, címzés után az összes oszlop töltése párhuzamos jelkimenetté alakul. A jelek erősítőn haladnak át, majd az AD konverter ezeket digitális jelekké alakítja, amik a képrögzítő adatgyűjtő egységbe, és innen a számítógép memóriájába kerülnek. Az így keletkezett képek minősége megközelíti a röntgenképek minőségét. Az amorf-szilíciumos berendezések alkalmasak dozimetriai feladatok ellátására is

Háromféle korrekciót alkalmaznak a begyűjtött képeknél:
1. Alap korrekció (offset): a CCD kamerákhoz hasonlóan alap korrekciót alkalmaznak az egyes pixelek sötétáramának korrekciójára (5. ábra).
2. Erősítési korrekció (gain): a különböző pixel-érzékenységek homogenizálását szolgálja (6. ábra).
3. Holt pixel korrekció (dead): a hibás pixelek szoftveres javítása. A nem megfelelő pixelértékeket a nyolc szomszédos pixel érték átlagával helyettesítik.

Mezőellenőrző felvételek készítésének módozatai és analizálása, hibajavítási stratégiák

 

A mezőellenőrző felvételek elsődleges célja, hogy segítségükkel a besugárzott térfogatot ellenőrizzük az adott kezelési feltételek mellett. Bár a felvétel minősége a megavoltos röntgensugárzás esetében gyengébb, mint a diagnosztikus vagy a szimulátor felvételeké, a mezőellenőrző felvétel készítés nemcsak klinikai eljárás, de egyúttal hiteles dokumentum is. A mezőellenőrző felvételnek, mint kezelési adatnak olyan jó minőségűnek kell lennie, hogy a mezőhatárt anatómiailag jellemezze.
Az elektronikus mezőellenőrző felvételek orvosi alkalmazás szempontjából többféleképpen hozhatók létre attól függően, mi a szándékunk velük. Lehetőségünk van egy vagy több kép begyűjtésére a kezelés során, kettős expozíciós képek készítésére, valamint a képek folyamatos begyűjtésére:

1. Egyszeri képek (single images) készítése: a képeket a kezeléssorozat közben, a frakciódózis bizonyos százalékának elérése után készíti el. Egy frakció során egy vagy több kép is nyerhető.
2. Kettős expozíciós képfelvételen (double exposure) azt értjük, hogy először készítünk egy nyílt, nagymezős felvételt (általában 25 cm x 25 cm) blokk, kollimátor elforgatás nélkül a beteg anatómiájának ábrázolása végett, és erre ráexponálunk egy újabb felvételt, ami már tartalmazza a tervezett mezők paramétereit. A kettős expozíciós felvétel készítése ajánlott az első kezelés megkezdése előtt.
3. Képsorozat felvétel (cine aquisition): különleges esetekben esetleg szükségessé válhat a képek folyamatos begyűjtése az egész frakcióból vagy annak egy részéből, hogy később filmszerűen, ciklusban lehessen megnézni azokat. A mintegy 10-12 kép begyűjtése hozzávetőleg 30 másodpercet vesz igénybe. Ezt a módszert elsősorban tudományos céllal, a klinikai céltérfogat körül szükséges biztonsági zóna megítéléséhez használják (meghatározva a szervek pontos alakját és sugárkezelés alatti mozgását, valamint a beteg napi beállításának esetleges pontatlanságából adódó eltéréseket).

A mezőkontroll felvételek elemzését ideális esetben a fizikus és az adott beteg kezelését végző orvos együtt végzik. Ezeknek a felvételeknek jelentős szerepük van a teleterápiás kezelés minden egyes szakaszának ellenőrzésében.
1. Ellenőrizhető, hogy a megadott beteg-keresztmetszet megfelel-e a beteg valós anatómiájának. Ez főleg azokon a helyeken igen jelentős, ahol a CT-képkészlet több héttel a kezelés előtt készül és lehet, hogy a beteg időközben veszít a sulyából és ezzel egy időben lényegesen csökken a keresztmetszete, vagy a fej-nyak tumoros betegek esetében a tumor mérete megnő, ezzel megnövelve a beteg keresztmetszetét is.
2. A rossz betegbeállítást is könnyen felismerhető a mezőkontroll felvételeken. Amennyiben az izocentrum nincs jól beállítva, akkor a besugárzásra kerülő szerv nem egészen, vagy egyáltalán nincs benne a besugárzási mezőben, vagy pl. a blokk, MLC nem a megfelelő szervet takarja ki, és a védendő szerv túl nagy dózist kap, illetve a tumort aluldozírozzuk.
3. Különleges esetekben szükségessé válhat a képek folyamatos begyűjtése a teljes besugárzás vagy egy része alatt azért, hogy később filmszerűen, ciklusban lehessen megnézni azokat, így nyomon lehet követni, hogy ki- és belégzéskor hogyan viszonyulnak a besugárzási mezők a besugárzásra kerülő szervekhez, illetve megfigyelhetők az egyéb szervmozgások.
4. A mezőkontroll felvételek készítését a teljes teleterápiás kezelés alatt célszerű többször megismételni, de legalább hetente egyszer. Ezzel ellenőrizni lehetne a mindenkori betegbeállítást, valamint az esetleges időközben létrejövő betegátmérő változást, ami jelentős mértékben befolyásolja az elméleti terv gyakorlati megvalósítását.
Ahhoz, hogy a mezőkontroll felvételeket minél jobban lehessen analizálni, szükség van sokoldalú, felhasználóbarát szoftveres támogatásra.
Nem egyszerű eldönteni, hogy vajon csináljunk-e beállítási korrekciót, és mikor. Először is el kell dönteni, hogy milyen típusú korrekciót akarunk végrehajtani. Megkülönböztetünk kezelés alatti korrekciót (intra-treatment) és kezelések közötti (inter-treatment) korrekciót.
A leggyakrabban alkalmazott az inter-treatment verifikáció, begyűjtik az ellenőrző felvételt, és a kezelés befejeztével megnézik. A kezelőorvos feladata, hogy a következő kezelés előtt a betegbeállítás módosításáról döntsön, ha jelentős eltérés jelentkezik, a felvételt meg kell mutatni a fizikusnak, aki eldönti, hogy szükséges-e az újratervezés.
Intra-treatment verifikáción azt értjük, hogy a besugárzás kezdetekor gyors lokalizációs felvételt készítünk, és a sugárzást megszakítjuk. A lokalizációs felvételt elemezzük, és amennyiben beállítási hibát nem fedezünk fel, a tervezett dózisból leadjuk a megmaradt részt is. Amennyiben korrekciót kellett alkalmazni, meg kell ismételni a mezőkontroll felvételt is, hogy ellenőrizni tudjuk az esetleges mezőelmozdulást. Ez az eljárás minden első kezelés előtt el kell végezni.
A mezőkontroll felvételeket minden esetben össze kell hasonlítani a számítógépes besugárzási tervvel és a szimulátor felvétellel (8. ábra). Ideális esetben a besugárzás tervezés, a szimulátor és a mezőkontroll felvételt begyűjtő és feldolgozó számítógép hálózattal van összekötve, és „akadálytalanul” tudnak a képek vándorolni, megkönnyítve ezzel az összehasonlítást, ill. a kezelés ellenőrzését. Amennyiben a géppark összeállításánál ez a szempont nem valósult meg, és pl. a szimulátort nem lehet rendszerbe kötni, akkor a mezőellenőrző képet szimulátor-felvétel nagyságúra kell felnagyítani, és fóliára kinyomtatni, hogy könnyebben észre lehessen venni az esetleges hibákat.

Irodalom

 
1. Alecu, R.: Clinical implementation of in-vivo dosimetry programs in radiation therapy, AAPM/IOMP International Course on Radiation Therapy Physics, Cluj, 1999
2. Mageras, G.S.: Experience with Computer-Controlled Accelerator Systems, Teletherapy: Present and Future, Proceedings of the 1996 Summer School, American
Association of Physicists in Medicine (AAPM), 1996.
3. Khan, F.M.: The Physics of Radiation Therapy, USA 1992.
4. Pesznyák Cs, Lövey K, Weisz Cs, Polgár I, Mayer Á. (2001) Elektronikus mezőellenőrzés lineáris gyorsítón, Magyar Onkológia, 45(4): 335-41.
5. Johnson LS, Milliken BD, Hodley SW, Pelizzari CA, Haraf DJ, Chen GTY. (1999) Initial clinical experience with a video-based patient positioning system, I.J. Radiat Oncol Biol Phys, 45(1): 205-13.
6. Van Herk M, Meertens H. (1988) A matrix ionisation chamber imaging device for on-line patient set up verification during radiotherapy, Radiother Oncol, 11: 369-78.
7. Essers M, Hoogervorst BR, van Herk M, Lanson H, Mijnheer BJ. (1995) Dosimetric characteristics of a liquid-filled electronic portal imaging device, I J Radiat Oncol Biol Phys, 33: 1265-72.
8. Boellaard R, van Herk M, Uiterwaal H, Mijnherr B. (1999) First clinical tests using a liquid-filled electronic portal imaging device and a convolution model for the verification of the midplane dose, Radiother Oncol, 47: 313-22.
9. El-Mohri Y, Jee KW, Antonuk LE, Maolinbay M, Zhao Q. (2001) Determination of the detective quantum efficiency of a prototype, megavoltage indirect detection, active matrix flat-panel imager, Med Phys, 28(12): 2538-49.
10. Munro P, Bouius DC. (1998) X-ray quantum limited portal imaging using amorphous silicon flat-panel arrays, Med Phys, 25(5): 689-702.
11. Winkler P, Hefner A, Georg D. (2005) Dose-response characteristics of an amorphous silicon EPID, Med Phys, 32 (10): 3095-105.
12. Cremers F, Frenzel Th, Kausch C, Albers D, Schonborn T, Schmidt R. (2004) Performance of electronic portal imaging devices EPIDs used in radiotherapy: Image quality and dose measurements, Med Phys, 31 (5):985-96.
13. Nijsten SMJJG, Mijnheer BJ, Dekker LAJ, Lambin P, Minken AWH. (2007) Routine individualised patient dosimetry using electronic portal imaging devices, Radiother Oncol, 83: 65–75.
14. Boyer AL, Antonuk L, Fenster A, van Herk M, Meertens H, Munro P, Reinstein LE, Wong J. (1992) A review of electronic portal imaging devices (EPIDs), Med Phys, 19:1–16.
15. Langmack K A, Phil D. (2001) Portal Imaging, British Journal of Radiology, 74: 789-804.
16. Boyer AL, Antomuk L, Fenster A, Van Herk M, Meertens H, Munro P, Reinstein LE, Wong J. (1992) A review of electronic portal imaging devices (EPIDs), Med Phys, 19: 1-16.
17. Whittington R, Bloch P, Hutchinson D, Björrngard BE. (2002) Verification of prostate treatment setup using computed radiography for portal imaging, Journal of Applied Clinical Medical Physics, 3(2): 88-96.
18. Shalev, S.: Megavoltage Portal Imaging, Teletherapy: Present and Future, Proceedings
of the 1996 Summer School, American Association of Physicists in Medicine.