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放射剂量测量中个体化胶片剂量校准方法的开发和实现

在放射治疗环境中，对高能X射线敏感的自显影胶片(简称胶片)可以测量高能X射线

的能量沉积（即放射剂量，以下简称剂量）。受到高能X线照射后的胶片会自显影，改变胶

片本来的黑度。通过扫描仪将胶片数字化成以灰度(像素，下文中灰度和像素将混合使用)

值分布的图片，并且通过已知的灰度-剂量校准曲线将灰度分布图转换为放射剂量分布图，

从而得到胶片测量到的真实的放射剂量分布。传统的胶片校准方法为了得到灰度-剂量校准

曲线，需要繁琐的预测量过程，对多片胶片样本进行照射和分析。本文将开发和实现一种

快速高效的个体化胶片剂量校准方法来提高胶片剂量校准的效率。结果显示个体化胶片校

准方法无需预测量过程，能够得到准确的胶片测量到的剂量分布。

1背景介绍

胶片是一种放射剂量测量设备[1,2]。它可以方便的测量二维剂量分布。在受到X线照

射后，胶片会改变原有的灰度，通过校准，可以将灰度转换为放射剂量。传统的胶片校准

方法需要预先照射一系列胶片样本，并且通过其他测量方法预先得到照射的胶片样本所受

的剂量来建立剂量校准曲线[3-7]。传统的胶片校准方法有几处不足，包括不同的胶片扫描

朝向，不同的胶片批次，不同的胶片自反应时间都会影响校准曲线的准确性。基于多通道

的胶片校准方法可以提高胶片校准的准确性和效率[8,9]。但是前期建立校准曲线的校准工

作并没有改变，还是较为繁琐。

近期，基于个体化的胶片校准方法的提出有效地提高了胶片校准的效率[10]。但是，

该商业化的软件价格昂贵，使用成本高。本文将在MATLAB平台下，开发和实现个体化的

胶片校准方法，使其应用于放射治疗中的放射剂量测量和评估。本文的创新之处在于首次

在matlab平台开发和实现了放射治疗环境下的胶片校准算法。

2方法：

作者本人从事放射治疗的质量控制工作，胶片是本单位日常使用的剂量测量设备之一，

用于对医用直线加速器产生的X射线进行测量，保证加速器产生的X线在物质中沉积的剂

量与治疗计划系统设计产生的剂量一致。本实验采用VarianEclipse治疗计划系统对治疗

计划进行设计，然后在VarianTrilogy医用直线加速器上进行执行，采用GafChrome

RTQA胶片[11]对VarianTrilogy医用直线加速器产生的X线剂量进行测量。测量后的胶

片通过本实验开发的算法进行校准，得到最终的剂量分布。本实验在人体模型上进行，不

涉及真实病人。

本系统实现的剂量校准算法主要在MATLAB平台下开发实现，分为图像预处理，校准

算法实现和胶片剂量校准三个模块

2.1图像预处理

2.1.1胶片数字化

在本文中，我们将使用一种自反应的放射胶片GafChromicRTQA胶片。此胶片的剂

量敏感范围为2cGy-8Gy。胶片将被扫描两次。未照射和照射后的胶片(图2)通过

EpsonPerfectionV750扫描仪，采用反射模式扫描，数字化成TIFF格式48位的RGB图

片，其中红色通道的像素值分布图将被使用。通过反射模式扫描的胶片图像的红色通道，

具有高像素值。在胶片经过照射以后，胶片发生自反应，胶片变黑，所以照射后的胶片具

有相对低的像素值。为了消去胶片本身的不稳定带来的个体影响，我们使用净像素值图最

为胶片最后的灰度图。净像素值图中的每一个像素值通过未照射和照射后的图像对应位置

的像素值求得，即以下公式获得：

净像素值=红色通道像素值(未照射)-红色通道像素值(照射后)

2.1.2剂量分布平面图

用于照射胶片的照射治疗计划将在治疗计划系统中模拟，得到空间的三维剂量分布，

从而可以得到胶片平面位置的二维剂量分布图，将此二维剂量分布图保存成DICOMRT格

式。输入图像预处理模块，用于校准胶片。

2.1.3净像素值图vs.剂量平面图的配准

胶片净像素值图和剂量分布图进行配准，得到像素与像素间的映射关系。在配准前还

需要对剂量平面图做预处理，通过缩放和插值使两图拥有一样的图像分辨率和大小。

2.2个体化校准方法的算法描述和实现

经过配准后的净像素值图和剂量分布图具有像素间一一对应的关系。首先，我们将剂

量分布图以