การประเมินเตียงฉายรังสีแบบเคลื่อนที่อิสระหกทิศทางด้วยหุ่นจำลองทรงลูกบาศก์จากเครื่องพิมพ์สามมิติ

Abstract

The six degrees of freedom (6DOF) couch is a state-of-the-art technology currently used in linear accelerators. This technology improves the efficiency of radiotherapy by enhancing two directions: pitch and roll. In particular, Stereotactic RadioSurgery (SRS) and Stereotactic Body RadioTherapy (SBRT) require extremely accurate and precise treatment. Therefore, the quality assurance of the treatment couch is an important factor in achieving the treatment goals with these techniques. The research aims to produce a printed cubic phantom to verify the accuracy of 6DOF couch using image matching and an accelerometer sensor. The phantom model was designed using the AutoCAD program and printed using the 3D printing model of FullScale Max450. Polylactic acid (PLA) plastic was used as the material for printing. The phantom was fabricated as the following parameters: the percent fill density = 40, the printing speed = 30 mm/s, and the printing temperature = 210 ºC. Then, the accuracy of cubic printed phantom was measured using a caliper and cross-sectional images from Computed Tomography (CT). The size of the printed cubic phantom was found at 69.85±0.11 mm for measurement with the CT image, and 69.88±0.01 mm for measurement with caliper. The accelerometer sensor was inserted into the cubic phantom for measurement of the couch in pitch and roll direction while image matching method was measured the couch position in vertical (Vrt.), longitudinal (Lng.), lateral (Lat.), pitch, roll and yaw direction. For measurement couch position with image matching, the point matching algorithm was used to measure the displacement between reference and kV image. The 6DOF couch QA using image matching measurement was found couch error 0.10±0.03 mm, 0.09±0.03 mm, 0.14±0.04 mm, 0.09±0.08 degree, 0.12±0.05 degree, 0.09±0.02 degree for vrt., lng., lat., pitch, roll, and yaw direction respectively. The 6DOF couch QA using accelerometer sensor measurement was found couch error 0.09±0.08 degree and 0.04±0.065 degree for pitch and roll direction. This study demonstrated a novel printed cubic phantom for verifying the 6DOF couch. In addition, the two approaches as image matching and an accelerometer sensor, were developed to measure the couch position.

เตียงฉายรังสีแบบปรับได้อิสระหกทิศทางเป็นเทคโนโลยีทันสมัยที่นำมาใช้ร่วมกับเครื่องเร่งอนุภาคในปัจจุบัน โดยพัฒนาประสิทธิภาพของเตียงฉายรังสีด้วยการเพิ่มการเคลื่อนที่อีกสองทิศทาง ประกอบด้วยทิศทางการกระดกตามแนวยาว (Pitch) และการเอียงตามแนวขวาง (Roll) ซึ่งทิศทางดังกล่าวนั้นสามารถเพิ่มประสิทธิภาพถูกต้องและแม่นยำทางการรักษาโดยเฉพาะเทคนิคการฉายรังสีศัลยกรรมร่วมพิกัด (SRS) และการฉายรังสีร่วมพิกัดบริเวณช่องท้อง (SBRT) ดังนั้นการประกันคุณภาพของเตียงฉายรังสีจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลให้การรักษาด้วยเทคนิคดังกล่าวบรรลุตามเป้าหมาย งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างหุ่นจำลองทรงลูกบาศก์โดยใช้เครื่องพิมพ์สามมิติ สำหรับตรวจสอบความถูกต้องของตำแหน่งเตียงฉายรังสีแบบปรับได้อิสระหกทิศทางด้วยซอฟต์แวร์ image matching และเซ็นเซอร์วัดความเร่ง ทำการออกแบบหุ่นจำลองด้วยโปรแกรมการออกแบบสามมิติ (AutoCAD) และขึ้นรูปด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ รุ่นฟูลสเกลแมกซ์ 450 และใช้พลาสติกชนิด PLA สำหรับการขึ้นรูป โดยตั้งค่าพารามิเตอร์การพิมพ์ดังต่อไปนี้ ประกอบด้วย พารามิเตอร์ร้อยละความหนาแน่นเท่ากับ 40 ความเร็วในการพิมพ์เท่ากับ 30 มิลลิเมตรต่อวินาที และอุณหภูมิการพิมพ์เท่ากับ 210 องศาเซลเซียส จากนั้นประเมินขนาดของหุ่นจำลองด้วยเวอร์เนียร์คาลิปเปอร์และภาพตัดขวางจากเครื่องเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ ผลการศึกษาพบว่า ค่าความแตกต่างของขนาดหุ่นจำลองทรงลูกบาศก์ด้วยภาพเอกซเรย์ตัดขวางเท่ากับ 69.85±0.11 มิลลิเมตร และสำหรับการประเมินเวอร์เนียร์คาลิปเปอร์ 69.88±0.01 มิลลิเมตร สำหรับหุ่นจำลองทรงลูกบาศก์ที่บรรจุเซ็นเซอร์วัดความเร่งไว้ภายในสำหรับอ่านค่ามุมของทิศทาง pitch และ roll และสำหรับซอฟต์แวร์ image matching ใช้ประเมินตำแหน่งเตียงฉายรังสีในทิศทาง vertical (Vrt.), longitudinal (Lng.), lateral (Lat.), pitch, roll และ yaw ด้วยการประเมินจากภาพถ่ายเอกซเรย์ระดับกิโลโวลต์ (kV image) พบว่า ผลความคลาดเคลื่อนสำหรับการประเมินด้วยซอฟต์แวร์ image matching เท่ากับ 0.10±0.03 มิลลิเมตร, 0.09±0.03 มิลลิเมตร, 0.14±0.04 มิลลิเมตร, 0.09±0.08 องศา, 0.12±0.05 องศา, 0.09±0.02 องศา สำหรับทิศทาง Vrt., Lng., Lat., pitch, roll, และ yaw ตามลำดับ และสำหรับผลความคลาดเคลื่อนที่ประเมินด้วยเซ็นเซอร์วัดความเร่งเท่ากับ 0.09±0.08 องศา และ 0.04±0.065 องศาสำหรับทิศทาง pitch และ roll การศึกษาวิจัยในครั้งนี้ได้นำเสนอนวัตกรรมหุ่นจำลองทรงลูกบาศก์สำหรับการประเมินเตียงฉายรังสีแบบเคลื่อนที่อิสระหกทิศทาง จากการพัฒนาวิธีการประเมินเตียงฉายรังสีด้วยเซ็นเซอร์วัดความเร่งและซอฟต์แวร์ image matching