低熔点铅挡块制作的误差分析和质量控制探讨
作者：卢杰 钟宁山 李亦斌 黄俊 姚继仲
单位：广州，中山医科大学肿瘤医院放射治疗科 510060
关键词：
中华放射肿瘤学杂志000225 低熔点铅档块制作技术虽然费工费时,但是,较之电脑控制多叶光栏的射野照射技术的费用却十分低廉,而且遮挡轮廓成型性相对优越，故很适合目前国情。不过,由于其制作工艺涉及因素较多,因此,挡块出现误差的机会比后者大。作者结合本科自1993年以来所制作出的近2万个各色各样供临床使用的不规则野挡块的工作实践,分析挡块制作误差产生的具体原因,同时探讨低熔点铅挡块制作质量控制的一些必要措施。
1 材料和方法
1.1 材料:①切割设备:包括手动的RQJ-Ⅱ型热丝切割机(原电子工业部第12研究所生产)及电脑控制的AUTIMO-2D型程控热丝切割机(德国HEK公司生产);②制作材料: 低熔点铅、固定挡块有机玻璃板(简称有机板) 、泡沫塑料等;③温控熔化炉;④计量用具(游标卡尺、水平尺、直尺等);⑤EW 3000 型模拟定位机(带射野挡块模拟托架) 、PRI MVS型直线加速器(均产自德国西门子公司);⑥X光片及冲片机等。
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1.2 方法:结合近七年来低熔点铅挡块制作实践和射野挡块验证片检查的分析总结,采用变换挡块制作过程所涉及环节的不同质量等级组合(如制作材料质量好坏、切割设备精度高低、阴模浇铸温度大小、制作人员技术水平等),制作出若干对(块)根据同一种计划片(即已勾画出遮挡形状的射野片)及其镜像片所得的形状互为相反的射野挡块;然后在模拟机上拍摄相应的射野挡块验证片;将每对验证片分别按野中心十字标线、野外框线及挡块插入方向与计划片上射野叠放比较,找出验证片上挡块内轮廓影像与计划片上遮挡内轮廓在形状、大小和位置的异同处,检查其制作过程所采用相应的质量等级组合,初步筛选出令误差出现的主要原因；再类比其他实验制作结果,就能确定误差的原因,最后记录其验证片挡块影像特点。
2 结果
所有射野挡块均存在程度不一的制作误差，其中在制作过程所有环节均处于最好(相对而言)质量等级组合的情形下的制作误差最小。此时可见其验证片上挡块内轮廓影像边缘与计划片上遮挡内轮廓边缘均偏差在±1mm内,两片中的形状和大小等几乎吻合。其他情形出现的误差相对较大,其中两片的内轮廓形状边缘偏差最大可达5mm。作者把验证片上所发现的挡块制作误差及其挡块内轮廓影像特点归纳成4种比较典型的情形:
, 百拇医药
(1)片中一侧边缘挡多,而对侧挡少(相对计划片而言,下同)。此情形主要是挡块在固定有机板上固定位置不准的缘故。 又分几种情况:①固定有机板上的十字定位线有误;②泡沫塑料阴模底面上的十字定位线有误;③忽略其他因素,单纯操作上失误。不管是什么情况造成,此时如果在模拟机置片架面上或加速器治疗床面上摆正计划片 (已调正源到射野片距(SFD)及射野大小,下同),在模拟机托架面(已调正源到托架距(STD))或加速器托架面上移动挡块,挡块投影可与计划片的找正吻合。
(2)片中一侧边缘挡多,对侧则吻合;而且其镜像片所得挡块的验证片情形则相反。 此情形主要是切割设备在零位时,热阻丝与泡沫托架面不垂直而造成切割泡沫阴模几何斜度误差的缘故。如果在模拟机或加速器托架面上移动挡块,其挡块投影不能与计划片的遮挡轮廓形状找正吻合。
(3)片中的内轮廓局部形状不吻合,即局部挡多或挡少。原因主要有4种:①泡沫质量不过关,主要表现在切割时泡沫热熔间隙不均匀(进口专用泡沫无此情况),尖锐角或小圆弧形状部位易受影响;②往泡沫阴模浇铸的低熔点铅温度过高(≥100℃)而对泡沫阴模内表面(尤其是尖锐角和小圆弧形状部位)的侵损;③手动切割机的描迹操纵杆刚性不够(主要是加强弧圈臂与套杆的接勃不紧或描迹笔与套杆筒之间有虚位),造成源(万向轴节处)至描迹笔尖连线与切割热阻丝不共轴，若在切割泡沫过程中操纵者的手无意令操纵杆左右摇摆时,就会造成切割泡沫的形状和几何斜度误差;④固定有机板表面或泡沫阴模底面不平整,造成两者相粘接时,阴模局部变形;⑤挡块铸件内面上的飞边、毛刺未修整打磨掉。
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(4)片中内轮廓的形状与计划片的完全相似而尺寸不同。尺寸缩小(整体挡多)原因:①忽略其他因素,STD调短了或SFD调长了或两者兼之;②STD，SFD均无误时切割时热阻丝对泡沫的热熔间隙所带来的泡沫阴模尺寸误差;过高的低熔点铅浇铸温度(≥100℃)对泡沫阴模边缘的侵损。尺寸扩大(整体挡少)原因:在忽略其他因素时,STD调长了或SFD调短了或两者兼之。
3 讨论
制作材料(尤其是泡沫塑料)的质量、切割设备的机械精度、制作人员的技术水平(尤其是操纵手动切割机切割泡沫的技术)是形状误差产生的主要原因; 制作人员的校验水平及泡沫阴模或挡块铸件的定位与固定是否均经过治疗机或模拟机(带模拟托架)的严格校验则是位置误差产生的主要原因。挡块制作数量繁多(如本科每天需做40多个挡块),而治疗机或模拟机(带模拟托架)供挡块制作过程中作校验的时间有限(挡块验证或证实摄片时间除外)是目前已开展低熔点铅挡块技术的放射治疗机构所普遍遇到的难题。但是,在挡块制作和使用前充分利用这些设备作校验,可使许多误差问题解决在发生之前。因此,配置具有类似功能和精度的专用校验设备是模室的当务之急。不过,作者不主张采用国产手动切割机附带的灯光校验装置,因为其光源体积大且汇聚效果差,另外机架的刚性与几何精度也欠理想,容易产生校验误差。为了减少误差出现或将误差缩小至临床允许范围之内(本科的挡块质量验收标准是:在SAD处,射野挡块验证片上挡块内轮廓影像边缘与计划片上内轮廓形状边缘的偏差在±2mm以内),建议应做好以下几项必要的质量控制措施:
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(1)制作人员应经过严格培训、操作考核合格后才能上岗。目前国内外低熔点挡块制作工艺上的机械化、自动化程度不高,即使采用电脑切割机,也仅是取代人做泡沫塑料阴模切割这道工序,而射野遮挡轮廓资料的输入、泡沫塑料阴模或挡块成品在承托有机板上的定位和固定、低熔点铅的浇铸等工序全靠人工操作,采用手动切割机则更是如此。因此,制作人员应熟悉制作材料的特点，熟练掌握切割设备的运用和调试，动作要规范、要稳、要准。
(2)把好制作材料的质量关。进口专用泡沫塑料质地硬耐挤压,切割热熔点却不高,因而容易切割,而且热熔间隙均匀,切口平滑,变形很小,成型性很好。因此,应尽量挑选具有此特性的泡沫塑料。国产专用泡沫塑料质量有待改善的主要表现在:密度小的(0.016g/cm3左右)质软,虽然切割推进速度易控制(手动切割机而言),且切割成型性相对较好,但低熔点铅浇铸时泡沫阴模内表面,尤其是小锐角处易被损坏;密度高的,(如0.026g/cm3，参照进口同类产品密度),质地较硬,耐挤压,但切割推进速度难控制(手动切割机而言),且热熔间隙不均匀(原因主要是高密度泡沫塑料生产出来不久,其内部水分仍然未挥发出来的缘故。若泡沫干燥充分后,其性能会有所改善)。经过多次反复试验作者认为,密度在0.020～0.022g/cm3、干燥充分且表面平整的国产专用泡沫塑料可
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暂作进口专用泡沫塑料的替代品。固定有机板的表面要平整。有机板插入托架槽后应能锁紧且无虚位可移动。板面上野的十字定位线要与灯光野十字线相重合。
(3)每天上班前要检查、调试好切割设备的机械精度,尤其是热阻丝与托架面、灯片箱面在零位时的垂直度。当切割热阻丝与源至描迹笔尖连线不共轴时(国产手动切割机常见的现象),在切割泡沫过程中应注意保证操纵杆不左右摇摆。
(4)核对SFD、STD以及计划片在灯箱面的位置无误后才可开始切割泡沫。通过试验发现对于切割泡沫时带来的热熔间隙及浇铸时熔融金属液体的热膨胀对泡沫阴模的挤压所造成的挡块内(外)轮廓整体尺寸缩小(扩大)的影响,可通过缩短或加大SFD后切割来补偿。此时SFD'≈SFDSFD×内缩率(验证片上内轮廓影像尺寸/计划片上同一位置轮廓尺寸)。
(5)切割出来的泡沫阴模应按以下两种方法检查轮廓成型效果无误后才进入下道工序。 ①利用电脑切割机系统在描图纸上按比例打印出托架面处的挡块轮廓图(或预先用描图纸在计划片上描出遮挡轮廓,然后用复印机在描图纸上按比例复印出托架面处的挡块轮廓图)与阴模底面叠放比较; ②直接在治疗机或模拟机(带模拟托架)上观察挡块阴模灯光投影与计划片的偏差情况。
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(6)泡沫阴模在有机板的固定位置应在治疗机上令阴模的轮廓灯光投影与计划片上的轮廓吻合后才确定下来(若采用参考坐标定位法定位,即预先在有机板上定出十字定位线),然后根据已换算好比例的轮廓描图纸,在阴模底面定好十字定位线(使用手动切割机时,则先依据计划片野中心在泡沫上切割出十字定位线),最后令有机板面上的十字定位线也与之相吻合后再使有机板与泡沫阴模相黏固定。此时更须反复检查无误后才能进入下道工序。即将熔入到低熔点铅上的固定螺丝应垂直安放在有机板上,有机板上的固定螺孔要与螺丝相匹配。
(7)浇铸温度要控制在85～95℃内。温度过高,会损坏阴模内表面;温度过低,金属液体的流动性差,会影响轮廓成形效果。
(8)挡块铸件内表面上的飞边、毛刺应修整打磨掉。模拟机上的X线能量很低,这些多余的东西会在挡块验证片上反映出来而影响挡块轮廓影像的观察。
(9)应确认挡块铸件在治疗机上的轮廓灯光投影与计划片上的遮挡轮廓吻合无误后,才定下其安装位置。(注:若执行了此措施,可免去(6)措施)。
(10)在模拟机上拍摄的射野挡块验证片,以检查射野挡块制作在形状、大小和位置上的误差情况。误差在允许范围内的射野挡块还应在放射治疗机上拍摄挡块证实片加以复核。
(收稿日期：1999-09-14), 百拇医药
单位：广州，中山医科大学肿瘤医院放射治疗科 510060
关键词：
中华放射肿瘤学杂志000225 低熔点铅档块制作技术虽然费工费时,但是,较之电脑控制多叶光栏的射野照射技术的费用却十分低廉,而且遮挡轮廓成型性相对优越，故很适合目前国情。不过,由于其制作工艺涉及因素较多,因此,挡块出现误差的机会比后者大。作者结合本科自1993年以来所制作出的近2万个各色各样供临床使用的不规则野挡块的工作实践,分析挡块制作误差产生的具体原因,同时探讨低熔点铅挡块制作质量控制的一些必要措施。
1 材料和方法
1.1 材料:①切割设备:包括手动的RQJ-Ⅱ型热丝切割机(原电子工业部第12研究所生产)及电脑控制的AUTIMO-2D型程控热丝切割机(德国HEK公司生产);②制作材料: 低熔点铅、固定挡块有机玻璃板(简称有机板) 、泡沫塑料等;③温控熔化炉;④计量用具(游标卡尺、水平尺、直尺等);⑤EW 3000 型模拟定位机(带射野挡块模拟托架) 、PRI MVS型直线加速器(均产自德国西门子公司);⑥X光片及冲片机等。
, http://www.100md.com
1.2 方法:结合近七年来低熔点铅挡块制作实践和射野挡块验证片检查的分析总结,采用变换挡块制作过程所涉及环节的不同质量等级组合(如制作材料质量好坏、切割设备精度高低、阴模浇铸温度大小、制作人员技术水平等),制作出若干对(块)根据同一种计划片(即已勾画出遮挡形状的射野片)及其镜像片所得的形状互为相反的射野挡块;然后在模拟机上拍摄相应的射野挡块验证片;将每对验证片分别按野中心十字标线、野外框线及挡块插入方向与计划片上射野叠放比较,找出验证片上挡块内轮廓影像与计划片上遮挡内轮廓在形状、大小和位置的异同处,检查其制作过程所采用相应的质量等级组合,初步筛选出令误差出现的主要原因；再类比其他实验制作结果,就能确定误差的原因,最后记录其验证片挡块影像特点。
2 结果
所有射野挡块均存在程度不一的制作误差，其中在制作过程所有环节均处于最好(相对而言)质量等级组合的情形下的制作误差最小。此时可见其验证片上挡块内轮廓影像边缘与计划片上遮挡内轮廓边缘均偏差在±1mm内,两片中的形状和大小等几乎吻合。其他情形出现的误差相对较大,其中两片的内轮廓形状边缘偏差最大可达5mm。作者把验证片上所发现的挡块制作误差及其挡块内轮廓影像特点归纳成4种比较典型的情形:
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(1)片中一侧边缘挡多,而对侧挡少(相对计划片而言,下同)。此情形主要是挡块在固定有机板上固定位置不准的缘故。 又分几种情况:①固定有机板上的十字定位线有误;②泡沫塑料阴模底面上的十字定位线有误;③忽略其他因素,单纯操作上失误。不管是什么情况造成,此时如果在模拟机置片架面上或加速器治疗床面上摆正计划片 (已调正源到射野片距(SFD)及射野大小,下同),在模拟机托架面(已调正源到托架距(STD))或加速器托架面上移动挡块,挡块投影可与计划片的找正吻合。
(2)片中一侧边缘挡多,对侧则吻合;而且其镜像片所得挡块的验证片情形则相反。 此情形主要是切割设备在零位时,热阻丝与泡沫托架面不垂直而造成切割泡沫阴模几何斜度误差的缘故。如果在模拟机或加速器托架面上移动挡块,其挡块投影不能与计划片的遮挡轮廓形状找正吻合。
(3)片中的内轮廓局部形状不吻合,即局部挡多或挡少。原因主要有4种:①泡沫质量不过关,主要表现在切割时泡沫热熔间隙不均匀(进口专用泡沫无此情况),尖锐角或小圆弧形状部位易受影响;②往泡沫阴模浇铸的低熔点铅温度过高(≥100℃)而对泡沫阴模内表面(尤其是尖锐角和小圆弧形状部位)的侵损;③手动切割机的描迹操纵杆刚性不够(主要是加强弧圈臂与套杆的接勃不紧或描迹笔与套杆筒之间有虚位),造成源(万向轴节处)至描迹笔尖连线与切割热阻丝不共轴，若在切割泡沫过程中操纵者的手无意令操纵杆左右摇摆时,就会造成切割泡沫的形状和几何斜度误差;④固定有机板表面或泡沫阴模底面不平整,造成两者相粘接时,阴模局部变形;⑤挡块铸件内面上的飞边、毛刺未修整打磨掉。
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(4)片中内轮廓的形状与计划片的完全相似而尺寸不同。尺寸缩小(整体挡多)原因:①忽略其他因素,STD调短了或SFD调长了或两者兼之;②STD，SFD均无误时切割时热阻丝对泡沫的热熔间隙所带来的泡沫阴模尺寸误差;过高的低熔点铅浇铸温度(≥100℃)对泡沫阴模边缘的侵损。尺寸扩大(整体挡少)原因:在忽略其他因素时,STD调长了或SFD调短了或两者兼之。
3 讨论
制作材料(尤其是泡沫塑料)的质量、切割设备的机械精度、制作人员的技术水平(尤其是操纵手动切割机切割泡沫的技术)是形状误差产生的主要原因; 制作人员的校验水平及泡沫阴模或挡块铸件的定位与固定是否均经过治疗机或模拟机(带模拟托架)的严格校验则是位置误差产生的主要原因。挡块制作数量繁多(如本科每天需做40多个挡块),而治疗机或模拟机(带模拟托架)供挡块制作过程中作校验的时间有限(挡块验证或证实摄片时间除外)是目前已开展低熔点铅挡块技术的放射治疗机构所普遍遇到的难题。但是,在挡块制作和使用前充分利用这些设备作校验,可使许多误差问题解决在发生之前。因此,配置具有类似功能和精度的专用校验设备是模室的当务之急。不过,作者不主张采用国产手动切割机附带的灯光校验装置,因为其光源体积大且汇聚效果差,另外机架的刚性与几何精度也欠理想,容易产生校验误差。为了减少误差出现或将误差缩小至临床允许范围之内(本科的挡块质量验收标准是:在SAD处,射野挡块验证片上挡块内轮廓影像边缘与计划片上内轮廓形状边缘的偏差在±2mm以内),建议应做好以下几项必要的质量控制措施:
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(1)制作人员应经过严格培训、操作考核合格后才能上岗。目前国内外低熔点挡块制作工艺上的机械化、自动化程度不高,即使采用电脑切割机,也仅是取代人做泡沫塑料阴模切割这道工序,而射野遮挡轮廓资料的输入、泡沫塑料阴模或挡块成品在承托有机板上的定位和固定、低熔点铅的浇铸等工序全靠人工操作,采用手动切割机则更是如此。因此,制作人员应熟悉制作材料的特点，熟练掌握切割设备的运用和调试，动作要规范、要稳、要准。
(2)把好制作材料的质量关。进口专用泡沫塑料质地硬耐挤压,切割热熔点却不高,因而容易切割,而且热熔间隙均匀,切口平滑,变形很小,成型性很好。因此,应尽量挑选具有此特性的泡沫塑料。国产专用泡沫塑料质量有待改善的主要表现在:密度小的(0.016g/cm3左右)质软,虽然切割推进速度易控制(手动切割机而言),且切割成型性相对较好,但低熔点铅浇铸时泡沫阴模内表面,尤其是小锐角处易被损坏;密度高的,(如0.026g/cm3，参照进口同类产品密度),质地较硬,耐挤压,但切割推进速度难控制(手动切割机而言),且热熔间隙不均匀(原因主要是高密度泡沫塑料生产出来不久,其内部水分仍然未挥发出来的缘故。若泡沫干燥充分后,其性能会有所改善)。经过多次反复试验作者认为,密度在0.020～0.022g/cm3、干燥充分且表面平整的国产专用泡沫塑料可
, 百拇医药
暂作进口专用泡沫塑料的替代品。固定有机板的表面要平整。有机板插入托架槽后应能锁紧且无虚位可移动。板面上野的十字定位线要与灯光野十字线相重合。
(3)每天上班前要检查、调试好切割设备的机械精度,尤其是热阻丝与托架面、灯片箱面在零位时的垂直度。当切割热阻丝与源至描迹笔尖连线不共轴时(国产手动切割机常见的现象),在切割泡沫过程中应注意保证操纵杆不左右摇摆。
(4)核对SFD、STD以及计划片在灯箱面的位置无误后才可开始切割泡沫。通过试验发现对于切割泡沫时带来的热熔间隙及浇铸时熔融金属液体的热膨胀对泡沫阴模的挤压所造成的挡块内(外)轮廓整体尺寸缩小(扩大)的影响,可通过缩短或加大SFD后切割来补偿。此时SFD'≈SFDSFD×内缩率(验证片上内轮廓影像尺寸/计划片上同一位置轮廓尺寸)。
(5)切割出来的泡沫阴模应按以下两种方法检查轮廓成型效果无误后才进入下道工序。 ①利用电脑切割机系统在描图纸上按比例打印出托架面处的挡块轮廓图(或预先用描图纸在计划片上描出遮挡轮廓,然后用复印机在描图纸上按比例复印出托架面处的挡块轮廓图)与阴模底面叠放比较; ②直接在治疗机或模拟机(带模拟托架)上观察挡块阴模灯光投影与计划片的偏差情况。
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(6)泡沫阴模在有机板的固定位置应在治疗机上令阴模的轮廓灯光投影与计划片上的轮廓吻合后才确定下来(若采用参考坐标定位法定位,即预先在有机板上定出十字定位线),然后根据已换算好比例的轮廓描图纸,在阴模底面定好十字定位线(使用手动切割机时,则先依据计划片野中心在泡沫上切割出十字定位线),最后令有机板面上的十字定位线也与之相吻合后再使有机板与泡沫阴模相黏固定。此时更须反复检查无误后才能进入下道工序。即将熔入到低熔点铅上的固定螺丝应垂直安放在有机板上,有机板上的固定螺孔要与螺丝相匹配。
(7)浇铸温度要控制在85～95℃内。温度过高,会损坏阴模内表面;温度过低,金属液体的流动性差,会影响轮廓成形效果。
(8)挡块铸件内表面上的飞边、毛刺应修整打磨掉。模拟机上的X线能量很低,这些多余的东西会在挡块验证片上反映出来而影响挡块轮廓影像的观察。
(9)应确认挡块铸件在治疗机上的轮廓灯光投影与计划片上的遮挡轮廓吻合无误后,才定下其安装位置。(注:若执行了此措施,可免去(6)措施)。
(10)在模拟机上拍摄的射野挡块验证片,以检查射野挡块制作在形状、大小和位置上的误差情况。误差在允许范围内的射野挡块还应在放射治疗机上拍摄挡块证实片加以复核。
(收稿日期：1999-09-14), 百拇医药