基于组合模体的加速器系统的自动化QA方法与流程

基于组合模体的加速器系统的自动化qa方法
技术领域
1.本发明涉及放射治疗领域，尤其涉及一种基于组合模体的加速器系统的自动化qa方法。


背景技术：

2.作为放射治疗的主要设备，加速器及其各部分组件在出厂后的使用中需要保证极高的稳定性。需要定期对其各部分组件的运行情况进行检测，保证其满足治疗要求。
3.加速器出厂前需要进行特定项目的检查和验证，以保证其满足使用要求。在医院的日常使用中，也需要对加速器进行定期定项的检查，如有问题需要立刻停止使用进行检修，保证其恢复到理想状态后才可以后续使用。
4.这些需要检测的项目覆盖了机械，剂量，光栅，影像等。根据具体要求不同在实际执行过程中略有变化。
5.加速器系统的检测作为加速器出厂前最重要的工作之一，同时也是医院在实际使用过程中需要定期执行的内容。虽然各家提供的技术方案和覆盖内容略有不同，但大致上包含了机架、小机头、床板等机械的验证；剂量线性和稳定性的验证；光栅到位精度、到位重复性、透射的验证，影像对比度、分辨率、伪影的验证。
6.机械部分的验证通常借用前指针先确定物理上的等中心，再以此作为标准中心，分别控制机械各部分运动，来对比机械运动中心和物理等中心的重合程度。对于剂量部分的验证则需要借用剂量仪或者电离室等，来记录加速器的出束过程，通过执行特定的测试计划获得剂量数据进行计算，查看计算结果是否满足设定阈值。对于光栅的验证一般采用光野进行验证，通过形成不同大小的光野形状，辅以肉眼观察来确认其边界和大小与设定值是否一致。影像的验证会直接使用影像板采集图像，通过肉眼观察特定的区域来确认影像质量是否满足要求。
7.无论是出厂前的检验还是出厂后的定期检查，其项目繁多，是一个系统的、复杂的过程。需要借用各种各样的辅助设备，并且对于操作人员有较高的素质要求。完整执行整个检验过程需要耗费大量时间且操作人员需要精神集中，需要更换各种设备并记录各种执行数据。


技术实现要素：

8.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于组合模体的加速器系统的自动化qa方法，其将机械、剂量、附件各部分的检测内容整合为一项完全自动化的过程，减少了辅助设备的使用和操作人员的工作，从而缩短了整体的执行时间。
9.为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于组合模体的加速器系统的自动化qa方法，所述组合模体包括集成为一体的钨球中心点模块、剂量监测模块和影像分析模块，所述方法包括如下步骤：
10.在使用所述钨球中心点模块时，将所述钨球中心点模块放置在理论等中心位置，
通过导入加速器的预制计划控制加速器的机械部件运动到特定位置，在加速器出束的同时通过影像板获取图像，通过获取射野中心、钨球位置和射野边界，计算相应机械偏差；
11.在使用所述剂量监测模块时，根据检测项目将对应的预制计划导入到加速器系统，加速器系统自动通过移动治疗床来实现剂量检测模块的摆位，并自动控制加速器出束，监测加速器出束过程中剂量率随时间的变化和最终的出束剂量；
12.所述影像分析模块包含拉斯维加斯孔和代表不同分辨率的线对，在使用所述影像分析模块时，根据检测项目将对应的预制计划导入到加速器系统，加速器系统自动通过移动治疗床来实现影像分析模块的摆位，随后通过控制加速器出束并通过影像板采集图像，获得包含孔或者线对的图像。
13.在进一步的技术方案中，所述钨球中心点模块包括钨球安装座、镶入钨球的连接杆和三维手动微调滑台，利用所述钨球中心点模块检测的对象包括以下中的至少一项：机械中心与射野等中心的偏差、机架旋转中心与等中心的偏差、治疗床旋转中心与等中心的偏差、光栅的到位精度、光栅的到位重复性。
14.在进一步的技术方案中，在检测机械中心与射野等中心的偏差时，预制计划中包含8个射野，每个射野的机架和治疗床的角度位置不同，分别为机架：60
°
、治疗床：0
°
，机架：60
°
、治疗床：338
°
，机架：130
°
、治疗床：0
°
，机架：130
°
、治疗床：338
°
，机架：230
°
、治疗床：0
°
，机架：230
°
、治疗床：22
°
，机架：300
°
、治疗床：0
°
，机架：300
°
、治疗床：22
°
；
15.其中，通过获取射野中心的方法和获取钨球位置的方法，分别获得每个射野对应影像板返回图像上的射野中心和钨球中心，并计算相应偏差，根据机架角度、治疗床角度、两中心偏差，通过winstonlutz方法计算的机械中心与射野等中心的三维偏差，以判断是否满足阈值。
16.在进一步的技术方案中，在检测机架旋转中心与等中心的偏差时，预制计划中包含6个射野，每个射野的机架角度位置不同，分别为：0
°
、45
°
、90
°
、200
°
、245
°
、290
°
；
17.其中，通过获取射野中心的方法和获取钨球位置的方法，分别获得每个射野对应影像板返回图像上的射野中心和钨球中心，并计算相应偏差，根据机架角度、两中心偏差，通过winstonlutz方法计算机架旋转中心与等中心的偏差的三维偏差，以判断是否满足阈值。
18.在进一步的技术方案中，在检测治疗床旋转中心与等中心的偏差时，预制计划中包含5个射野，每个射野的治疗床角度位置不同，分别为：0
°
、10
°
、20
°
、350
°
、340
°
；
19.通过获取钨球位置的方法，分别获得每个射野对应影像板返回图像上的钨球中心，取图像中心为中心的方形区域，分别以此区域内每一个像素为中心点，计算此中心点与不同钨球中心的距离，计算所有5个距离的方差，获得计算方差最小时的中心点，此时中心点和钨球中心距离的最大值为偏差，判断偏差是否满足阈值。
20.在进一步的技术方案中，在计算光栅到位精度时，预制计划中包含7个射野，每个射野的光栅等中心位置不同，分别为：leafa＝-70mm、leafb＝-50mm，leafa＝-50mm、leafb＝-30mm，leafa＝-30mm、leafb＝-10mm，leafa＝-10mm、leafb＝10mm，leafa＝10mm、leafb＝30mm，leafa＝30mm、leafb＝50mm，leafa＝50mm、leafb＝70mm；
21.其中，通过获取射野边界的方法获得射野的左右或上下边界位置，计算理论叶片位置和获取的边界位置的偏差，判断偏差是否满足阈值。
22.在进一步的技术方案中，在计算光栅到位重复性时，预制计划中包含12个射野，共有4个不同的光栅等中心位置，分别为：leafa＝-70mm、leafb＝-50mm，leafa＝-30mm、leafb＝-10mm，leafa＝10mm、leafb＝30mm，leafa＝50mm、leafb＝70mm，每个位置执行3次；
23.其中，通过获取射野边界的方法获得射野的左右或上下边界位置，计算相同理论位置的光栅的3次获取的边界的标准差，判断标准差是否满足阈值。
24.在进一步的技术方案中，所述剂量监测模块包括立体水模体和插入到所述立体水模体正中心的剂量探测器，所述剂量监测模块的检测项目包括剂量重复性和剂量线性中的一种。
25.在进一步的技术方案中，在检测剂量重复性时，预制计划包含10个射野，每个射野都相同，出束剂量为10mu，出束过程的剂量累计通过剂量探测器记录下来，并返回每个射野的实际最终累积量，其中，判定剂量重复性的方法是计算变异系数：变异系数＝实测剂量的标准差/实测剂量的均值*100％；
26.在检测剂量线性时，预制计划包含25个射野，共有5种不同的出束剂量，分别为：100mu、300mu、500mu、700mu、900mu，每种剂量执行5次，出束过程的剂量累计将通过剂量探测器记录下来，并返回每个射野的实际最终累积量，判定剂量重复性的方法是计算偏差：偏差＝abs(实测剂量-理论剂量)/出束剂量*100％。
27.在进一步的技术方案中，所述影像分析模块的检测项目包括检测图像对比度和检测图像分辨率中的一种；
28.在检测图像对比度时，根据影像分析模块的中心与各孔的相对物理位置和孔径，获取图像上各孔的覆盖区域，分别计算各孔覆盖区域内的灰度值平均值，并计算各孔外接正方形覆盖区域的灰度平均值，然后通过计算两者的比值，判定是否满足阈值要求；
29.在检测图像分辨率时，根据影像分析模块的中心与各线对区域的相对物理位置和线对区域大小，获取图像上各线对的覆盖区域，计算各区域内的灰度的标准差，以判定是否满足阈值要求。
30.本发明总结并整合了加速器需要的检测项目，将其检测过程中可能需要使用到的辅助设备集成到了单个模体之中，减少了原有检测过程中更换辅助设备的时间。由于不同检测项目的执行计划是事先内置的，整个执行过程完全由加速器自动执行计划来实现，减少了原本人为控制加速器运动出束的时间。另外，模体内各模块的切换也是通过计划控制床运动到不同位置来实现的，整个检测执行过程开始后，操作人不再需要进出加速器室，缩短了执行时间。
附图说明
31.图1是本发明的组合模体的结构示意图；
32.图2是本发明的组合模体的侧视图。
33.图中标记为：1-立体水模体，2-定位销，3-影响分析模块，4-定位板，5-三维手动微调滑台，6-床板，7-钨球，8-连接杆，9-钨球安装座。
具体实施方式
34.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这
些实施例。
35.为了实现加速器系统的自动化qa，本发明设计了一个集成化的模体配合影像板一起使用，通过使用模体中的不同部位进行剂量采集和图像获取，配合特定的算法对数据进行分析，最终获得系统的检验结果，如图1和2所示，本发明的组合模体包含了：
36.影像分析模块：图1最左的包含拉斯维加斯孔和不同分辨率线的一般影像模体；
37.剂量监测模块：图1中间位置的可插入探测器的立体水模体；
38.钨球中心点模块：图1最右镶入钨球的连接杆。
39.以上三部分通过底座凹槽和其他机械部件组合成一个模体，并保证其整体移动时，三部分模体的相对位置不发生变化，为物理限定的固定相对位置。
40.1.使用钨球中心点模块，将模体整体水平放置在治疗床上，通过人工调整治疗床和模体的位置，使3条互相垂直的激光灯线交汇在钨球上(即将钨球放置到激光灯所确定的加速器理论等中心位置)。根据所需检测的机械部件的不同、项目内容的不同(可检测机械中心与射野等中心的偏差、机架旋转中心与等中心的偏差、治疗床旋转中心与等中心的偏差、光栅的到位精度、光栅的到位重复性)，人工选择将对应的预制的计划文件导入加速器系统。加速器系统将根据计划文件内容，自动控制所需检测的机械部件运动到对应的位置，并将影像板自动打开的采图位置(与模体相对位置固定的地方，位于模体下方，与模体平行)，再控制加速器出束。影像板接受加速器辐射后将返回图像，根据影像板受到辐射剂量的不同，图像上每个像素都会呈现不同的灰度(辐射越多灰度越大)。
41.2.在检测机械中心与射野等中心的偏差时，预制计划中包含8个射野，每个射野的机架和治疗床的角度位置不同，分别为机架：60
°
、治疗床：0
°
；机架：60
°
、治疗床：338
°
；机架：130
°
、治疗床：0
°
；机架：130
°
、治疗床：338
°
；机架：230
°
、治疗床：0
°
；机架：230
°
、治疗床：22
°
；机架：300
°
、治疗床：0
°
；机架：300
°
、治疗床：22
°
。
42.通过获取射野中心的方法和获取钨球位置的方法，分别获得每个射野对应影像板返回图像上的射野中心和钨球中心，并计算其偏差。根据机架角度、治疗床角度、两中心偏差，通过winstonlutz方法计算的机械中心与射野等中心的三维偏差，判断其是否满足阈值。
43.3.在检测机架旋转中心与等中心的偏差时，预制计划中包含6个射野，每个射野的机架角度位置不同，分别为0
°
；45
°
；90
°
；200
°
；245
°
；290
°
。
44.通过获取射野中心的方法和获取钨球位置的方法，分别获得每个射野对应影像板返回图像上的射野中心和钨球中心，并计算其偏差。根据机架角度、两中心偏差，通过winstonlutz方法计算机架旋转中心与等中心的偏差的三维偏差，判断其是否满足阈值。
45.4.在检测治疗床旋转中心与等中心的偏差时，预制计划中包含5个射野，每个射野的治疗床角度位置不同，分别为0
°
；10
°
；20
°
；350
°
；340
°
。
46.通过获取钨球位置的方法，分别获得每个射野对应影像板返回图像上的钨球中心。取图像中心为中心，边长3mm(可根据实际情况修改)的方形区域。分别以此区域内每一个像素为中心点，计算此中心点与不同钨球中心的距离，计算所有5个距离的方差，获得计算方差最小时的中心点，此时中心点和钨球中心距离的最大值为偏差，判断其是否满足阈值。
47.5.在计算光栅到位精度时，预制计划中包含7个射野，每个射野的光栅等中心位置
不同，分别为leafa＝-70mm、leafb＝-50mm；leafa＝-50mm、leafb＝-30mm；
48.leafa＝-30mm、leafb＝-10mm；leafa＝-10mm、leafb＝10mm；
49.leafa＝10mm、leafb＝30mm；leafa＝30mm、leafb＝50mm；
50.leafa＝50mm、leafb＝70mm。
51.通过获取射野边界的方法可以获得射野(射野为方形野)左右(或上下)边界位置，计算理论叶片位置和获取的边界位置的偏差，判断其是否满足阈值
52.6.在计算光栅到位重复性时，预制计划中包含12个射野，共有4个不同的光栅等中心位置分别为leafa＝-70mm、leafb＝-50mm；leafa＝-30mm、leafb＝-10mm；
53.leafa＝10mm、leafb＝30mm；leafa＝50mm、leafb＝70mm，每个位置执行3次。
54.通过获取射野边界的方法可以获得射野(射野为方形野)左右(或上下)边界位置，计算相同理论位置的光栅的3次获取的边界的标准差，判断其是否满足阈值
55.7.获取射野边界的方法：将图像上所有像素的灰度值由大到小进行排序，计算前10％(可根据实际情况修改)像素的灰度的平均值，以平均值的50％(可根据实际情况修改)为阈值对图像进行二值化处理，二值化亮区域边界即为射野边界。
56.获取射野中心的方法：计算由射野边界限定的射野区域的几何中心，即为射野中心
57.获取钨球位置的方法：取射野中心为圆心，3mm(可根据实际情况修改)为直径的区域。分别以此区域内的每一个像素点为圆心，3mm为半径，计算新圆形区域内所有像素点灰度的方差，获得方差最小时的圆心位置即为钨球中心。
58.8.模体中的剂量检测模块包含一个30cmx30cmx30cm的立方体水模(密度等于水的立方体)，以及插入到立方体正中心的剂量探测器(用于接收辐射)，并通过连接线接到机房外的剂量监测显示仪(可以实时反映探测器受到的辐射剂量)。使用此模块时，按照使用钨球中心点模块的方法放置模体，随后根据检测项目不同(可检测剂量重复性和剂量线性)，将对应的预制计划执行文件导入到加速器系统，加速器系统将自动通过移动治疗床来实现剂量检测模块的摆位，使剂量探测器运动到等中心位置，随后闭合影像板，自动控制机架运动到0
°
、光栅运动到10cmx10cm开野，并自动控制加速器出束。
59.9.在检测剂量重复性时，预制计划包含10个射野，每个射野都相同，出束剂量为10mu。出束过程的剂量累计将通过剂量探测器记录下来，并返回每个射野的实际最终累积量。判定剂量重复性的方法是计算其变异系数，判定其是否满足阈值要求。变异系数＝实测剂量的标准差/实测剂量的均值*100％。
60.10.在检测剂量线性时，预制计划包含25个射野，共有5中不同的出束剂量为100mu；300mu；500mu；700mu；900mu，每种剂量执行5次。出束过程的剂量累计将通过剂量探测器记录下来，并返回每个射野的实际最终累积量。判定剂量重复性的方法是计算其偏差，判定其是否满足阈值。先计算5次相同出束剂量的射野的实测剂量的平均值，以出束剂量为x，平均值为y，采用最小二乘法计算拟合直线。将5个出束剂量代入拟合直线，得到5个理论剂量。偏差＝abs(实测剂量-理论剂量)/出束剂量*100％。
61.11.模体的影像分析模块包含了一组(28个)拉斯维加斯孔(有不同孔径和深度的组合)和不同(12种)密度的线对。使用此模块时，按照使用钨球中心点模块的方法放置模体，随后根据检测项目不同(可检测图像对比度和图像分辨率)，将对应的预制计划执行文
件导入到加速器系统，加速器系统将自动通过移动治疗床来实现影像分析模块的摆位，使影像分析模块的中心位置移动到等中心，并打开影像板至采图位置，随后自动控制机架运动到0
°
、光栅运动到26cmx26cm开野，并自动控制加速器出束。通过影像板采集图像，将获得包含拉斯维加斯孔和线对的图像，通过算法分析识别其中认为清晰的孔数和线对密度，可以判定影像的对比度和分辨率是否满足要求。
62.12.在检测图像的对比度时，将根据模块中心(即影像中心)与各孔的相对物理位置和孔径，获取图像上各孔的覆盖区域，分别计算各孔覆盖区域内的灰度值平均值，并计算各孔外接正方形覆盖区域的灰度平均值。计算两者的比值，判定其是否满足阈值要求。
63.13.在检测图像的分辨率时，将根据模块中心(即影像中心)与各线对区域的相对物理位置和线对区域大小，获取图像上各线对的覆盖区域，计算各区域内的灰度的标准差，判定其是否满足阈值要求。
64.对不同的检测项目进行检测时，需要导入对应的预制计划，在操作人员摆放好模体，并导入检测项目的计划到加速器系统后，加速器将自动打开或关闭影像板，并自动执行对应的计划，获取对应图像或监测出束剂量。再根据获得图像或实测剂量，使用对应的算法计算结果是否满足阈值。若检测的项目包含了不同模块的使用情况，模体不同模块间的切换将通过执床板的自动控制运动来实现的。
65.本发明通过设计上述集成化模体并设计自动化执行流程，获得了如下有益技术效果：
66.本发明总结并整合了加速器需要的检测项目，将其检测过程中可能需要使用到的辅助设备集成到了单个模体之中，减少了原有检测过程中更换辅助设备的时间。
67.不同检测项目的执行计划是事先内置的，整个执行过程完全由加速器自动执行计划来实现，减少了原本人为控制加速器运动出束的时间。
68.模体内各模块的切换也是通过计划控制床运动到不同位置来实现的，整个检测执行过程开始后，操作人不再需要进出加速器室，缩短了执行时间。
69.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
50mm、leafb＝-30mm，leafa＝-30mm、leafb＝-10mm，leafa＝-10mm、leafb＝10mm，leafa＝10mm、leafb＝30mm，leafa＝30mm、leafb＝50mm，leafa＝50mm、leafb＝70mm；其中，通过获取射野边界的方法获得射野的左右或上下边界位置，计算理论叶片位置和获取的边界位置的偏差，判断偏差是否满足阈值。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在计算光栅到位重复性时，预制计划中包含12个射野，共有4个不同的光栅等中心位置，分别为：leafa＝-70mm、leafb＝-50mm，leafa＝-30mm、leafb＝-10mm，leafa＝10mm、leafb＝30mm，leafa＝50mm、leafb＝70mm，每个位置执行3次；其中，通过获取射野边界的方法获得射野的左右或上下边界位置，计算相同理论位置的光栅的3次获取的边界的标准差，判断标准差是否满足阈值。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剂量监测模块包括立体水模体和插入到所述立体水模体正中心的剂量探测器，所述剂量监测模块的检测项目包括剂量重复性和剂量线性中的一种。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在检测剂量重复性时，预制计划包含10个射野，每个射野都相同，出束剂量为10mu，出束过程的剂量累计通过剂量探测器记录下来，并返回每个射野的实际最终累积量，其中，判定剂量重复性的方法是计算变异系数：变异系数＝实测剂量的标准差/实测剂量的均值*100％；在检测剂量线性时，预制计划包含25个射野，共有5种不同的出束剂量，分别为：100mu、300mu、500mu、700mu、900mu，每种剂量执行5次，出束过程的剂量累计将通过剂量探测器记录下来，并返回每个射野的实际最终累积量，判定剂量重复性的方法是计算偏差：偏差＝abs(实测剂量-理论剂量)/出束剂量*100％。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述影像分析模块的检测项目包括检测图像对比度和检测图像分辨率中的一种；在检测图像对比度时，根据影像分析模块的中心与各孔的相对物理位置和孔径，获取图像上各孔的覆盖区域，分别计算各孔覆盖区域内的灰度值平均值，并计算各孔外接正方形覆盖区域的灰度平均值，然后通过计算两者的比值，判定是否满足阈值要求；在检测图像分辨率时，根据影像分析模块的中心与各线对区域的相对物理位置和线对区域大小，获取图像上各线对的覆盖区域，计算各区域内的灰度的标准差，以判定是否满足阈值要求。

技术总结
本发明提供一种基于组合模体的加速器系统的自动化QA方法，组合模体包括集成为一体的钨球中心点模块、剂量监测模块和影像分析模块，该方法包括：将钨球中心点模块放置在理论等中心位置，通过导入预制计划控制加速器的机械部件运动到特定位置，在出束同时获取图像，通过获取射野中心、钨球位置和射野边界，计算相应机械偏差；将预制计划导入到加速器系统，通过移动治疗床来实现剂量检测模块的摆位，监测加速器出束过程中剂量率随时间的变化和最终的出束剂量；影像分析模块包含拉斯维加斯孔和代表不同分辨率的线对，将预制计划导入到加速器系统，通过移动治疗床来实现影像分析模块的摆位，控制加速器出束并采集图像，获得包含孔或者线对的图像。孔或者线对的图像。孔或者线对的图像。


技术研发人员：王子烨 陈晓翔 姚毅
受保护的技术使用者：苏州雷泰医疗科技有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8