research_IMRT
智慧型放射治療射束監測與成像系統
Intelligent Beam Monitoring & Imaging System for Radiotherapy QA
研究背景 Introduction
現代放射治療技術（如 IMRT、VMAT）能精準地將高劑量輻射傳遞至腫瘤，但這依賴於治療機器的極度穩定。每日品質保證（Daily QA）是確保治療安全的核心防線。
然而，傳統 QA 設備常受限於空間解析度不足或操作繁瑣。本計畫與輔仁大學附設醫院放射腫瘤科及千才生醫合作，利用大面積 XY-strip 平行板游離腔探測器，開發一套能快速、精準檢測射束平坦度、對稱性及 MLC（多葉準直儀）形狀的自動化系統。
圖 1. 本研究導入之新型 Daily QA 流程與傳統流程之效率比較
核心演算法：幾何匹配 LUT 校正 LUT Calibration
大面積陣列式探測器常因製程因素導致通道間響應不均（Non-uniformity）。為了在不依賴昂貴且耗時的逐點掃描下完成校正，我們提出了一種基於 MLC 幾何匹配的 LUT（Look-Up Table）校正技術。
- 幾何匹配原理：利用 MLC 形成的狹長矩形射野（Slit Field），與探測器的條帶（Strip）方向對齊。
- 一維掃描：透過 MLC 沿軸向移動掃描，即可快速建立全場的響應修正表。
- MLEM 重建：結合最大概似估計（Maximum Likelihood Expectation Maximization）演算法，從 strip 訊號精確還原 2D 射束剖面。
圖 2. 利用 MLC 與 XY-strip 幾何匹配建立 LUT 之演算法流程
圖 3. MLC 狹縫射野與探測器條帶之幾何對應關係
進階物理建模：MLC 洩漏與溢出效應 MLC Leakage Modeling
為了進一步提升劑量預測的準確度，本計畫第二階段專注於建立「核心劑量模型」與「溢出效應（Spillover）模型」。
MLC 葉片並非完全不透光，輻射會穿透葉片（Transmission）或在葉片間散射（Inter-leaf Leakage）。我們利用指數衰減函數與幾何光學原理，建立了精確的數學模型，能針對任意形狀的照射野，計算出包含散射與洩漏的真實劑量分佈。這對於複雜的癌症治療計畫驗證至關重要。
圖 4. MLC 洩漏模型與劑量預測演算法架構
圖 5. MLC 葉片間的輻射溢出效應 (Spillover Effect) 示意
臨床應用價值 Clinical Impact
本系統已於臨床直線加速器（Elekta Versa HD）上完成驗證。相較於傳統儀器，本技術具有以下優勢：
- 高解析度：相同通道數下，條帶式（Strip）設計比像素式（Pixel）具有更高的有效解析度。
- 高效率：整合 beam-on/beam-off 訊號擷取，大幅縮短每日 QA 時間（約節省 60% 時間）。
- 全面性：可同時分析射束的幾何形狀、平坦度、對稱性以及 MLC 的運動準確度。
圖 6. 使用 MLEM 解卷積與 Sigmoid 擬合修正後的射束剖面分析結果