IGRT系統(tǒng)的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

胡彩容 張秀春 吳君心 潘建基

①福建省腫瘤醫(yī)院放療科 福建 福州 350014

20世紀(jì)的最后20多年間，適形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)從概念的提出到實(shí)施再到推廣普及，充分顯示了適形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)高度適形照射，減少正常組織受照體積，改進(jìn)劑量分布，提高治療增益比的優(yōu)勢(shì)。21世紀(jì)初，隨著放射治療理念的更新，放療技術(shù)設(shè)備的發(fā)展和影像技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，理念與技術(shù)共同搭建了影像引導(dǎo)放療技術(shù)（IGRT）的平臺(tái)，它將放射治療機(jī)與成像設(shè)備結(jié)合在一起，在分次治療擺位時(shí)或在治療中采集有關(guān)的圖像信息，從而確定治療靶區(qū)和重要結(jié)構(gòu)的位置運(yùn)動(dòng)以及其形態(tài)變化，并在必要時(shí)進(jìn)行位置和劑量分布的校正，從而達(dá)到引導(dǎo)治療的目的。該技術(shù)為3D-CRT、IMRT以及質(zhì)子放療等現(xiàn)代放療技術(shù)提供了重要保證，開創(chuàng)了從精確放療到準(zhǔn)確放療的時(shí)代。

從上述概念可知，IGRT系統(tǒng)中的成像設(shè)備至關(guān)重要，它所采集并重建的三維患者模型與治療計(jì)劃的患者模型匹配后將得到治療床需要調(diào)整的參數(shù)。因此圖像采集和匹配精度將直接影響擺位誤差的測(cè)量結(jié)果，而治療床的運(yùn)動(dòng)精度也將直接影響擺位誤差的糾正。因此IGRT設(shè)備的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制是保證放射治療質(zhì)量的前提，它使設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到機(jī)器安裝驗(yàn)收時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值，從而為臨床提供一個(gè)放心的工具和手段。本文從放射物理師的角度，對(duì)我科開展IGRT技術(shù)以來(lái)在質(zhì)量控制方面的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，探討IGRT設(shè)備的質(zhì)控要求和質(zhì)控程序規(guī)范。

1 材料與方法

1.1 IGRT主要設(shè)備

我院2008年引進(jìn)的醫(yī)科達(dá)IGRT系統(tǒng)，包括Elekta Synergy系統(tǒng)和六自由度治療床系統(tǒng)（HexaPODTM evo System），其中Elekta的Synergy系統(tǒng)由數(shù)字化加速器和放射治療頭以及具有完整圖像功能的XVI系統(tǒng)組成。XVI系統(tǒng)由KV級(jí)的錐形束CT（Cone－beam CT，CBCT），非晶硅數(shù)字化X射線探測(cè)板和計(jì)算機(jī)工作站及圖像處理軟件組成，具有攝片、透視和容積成像的多重功能。六自由度治療床系統(tǒng)是亞洲第一臺(tái)可以從六個(gè)方位運(yùn)動(dòng)的治療床系統(tǒng)，它由HexaPODTMevo放射治療床和iGUIDE控制系統(tǒng)組成，它具有自動(dòng)校正擺位誤差的功能。

1.2 所需質(zhì)控模體

TOR 18FG Leeds X－ray imaging phantom，Catphan phantom CTP503，Single Ball－bearing Phantom，Calibration tool for HexaPOD evo System，以及 Reference Frame。

1.3 質(zhì)控內(nèi)容及方法

1.3.1 CBCT的圖像質(zhì)量

表征圖像質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)分別為低對(duì)比度分辨力、空間分辨率、密度均勻性和幾何失真度。做該項(xiàng)檢查時(shí)，先將3D模體Catphan Phantom CTP503在機(jī)頭下借助激光燈和水平尺調(diào)整好位置（見圖1），選取CBCT掃描參數(shù)：120 KV，1040 mAs，掃描視野（field of view，F(xiàn)OV）27.7 cm的射野準(zhǔn)直器（S20），旋轉(zhuǎn)掃描角度360°，圖像采集速度5.5幀/秒，共650幀，高分辨率重建方式，然后進(jìn)行CBCT掃描，并對(duì)重建圖像進(jìn)行分析；再將2D模體如圖2擺好位置，CBCT攝片參數(shù)：120 KV，3.8 mAs，S20射野準(zhǔn)直器，采集15幀。

圖1 Catphan Phantom CTP503

圖2 TOR 18FG Leeds X－ray imaging phantom

1.3.2 圖像的匹配精度

由于KV級(jí)系統(tǒng)與MV級(jí)系統(tǒng)中心的重合性將直接影響圖像的匹配精度，因此該項(xiàng)的校準(zhǔn)至關(guān)重要，檢測(cè)時(shí)將Single Ball－bearing模體固定于床面，用激光燈對(duì)準(zhǔn)和調(diào)整模體上金屬球的幾何中心（見圖2），利用EPID分別在0°，90°，－90°，180°各拍攝兩張平片，共八張曝光圖片，然后傳輸至XVI軟件進(jìn)行分析，即可得出模體金屬球的幾何中心與MV級(jí)系統(tǒng)中心是否重合的誤差參數(shù)，若誤差超出標(biāo)準(zhǔn)值0.1 mm，則進(jìn)機(jī)房調(diào)整模體上螺旋測(cè)微尺，進(jìn)而調(diào)整金屬球的位置，再進(jìn)行第二次EPID曝光，直至兩中心重合誤差小于0.1 mm，才認(rèn)為模體金屬球的中心與MV級(jí)系統(tǒng)中心重合，即前者的位置是后者空間位置的標(biāo)識(shí)。接著使用CBCT掃描模體，掃描參數(shù)為：120 KV，161.8 mAs，掃描視野為S20的射野準(zhǔn)直器，旋轉(zhuǎn)掃描角度360°，共采集647幀，高分辨率重建方式，采用手工匹配方法，與系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模體圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。如果在x、y、z三個(gè)方向上的誤差均小于0.5 mm，則可認(rèn)為KV系統(tǒng)與MV系統(tǒng)的中心重合。若誤差超出標(biāo)準(zhǔn)值，那么得先檢查操作過(guò)程是否有出現(xiàn)人為誤差，如果沒(méi)有，則應(yīng)盡快反饋給公司的工程師。

圖3 Single Ball－bearing

1.3.3 六自由度治療床系統(tǒng)的中心校準(zhǔn)及其在治療模式下參考原點(diǎn)的注冊(cè)

此項(xiàng)檢查的目的之一是為了使六自由度床的等中心與加速器等中心重合。檢測(cè)時(shí)使用Calibration tool模體，借助激光燈把模體對(duì)好等中心的位置（見圖4），CBCT掃描參數(shù)為：100 KV，65 mAs，S20的射野準(zhǔn)直器，掃描角度360°，共采集650幀，高分辨率重建方式，采用灰度值自動(dòng)配準(zhǔn)。若x、y、z方向的線性誤差大于0.2 mm，u、v、w方向的旋轉(zhuǎn)誤差大于0.2°，則通過(guò)六自由度床自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)誤差，進(jìn)行第二次掃描，直至誤差在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，表明六自由度床的等中心與加速器的等中心重合。然而在患者治療時(shí)，用的是帶有紅外反射球的C型定位體架（Reference Frame）（如圖5所示）。所以兩中心匹配完成后，還需對(duì)定位體架的參考原點(diǎn)進(jìn)行登記注冊(cè)，將等中心位置登記注冊(cè)為定位體架的參考原點(diǎn)，以便六自由度治療床系統(tǒng)根據(jù)誤差值調(diào)整床的位置。

2 結(jié)果與分析

2.1 圖像質(zhì)量

圖4 Calibration tool

圖5 Reference Frame

我科采用上述質(zhì)控方法對(duì)我們現(xiàn)有的IGRT圖像系統(tǒng)以及六自由度治療床系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制，基本能保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，也為擺位誤差的測(cè)量和校正提供了放心的工具。表1是圖像質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果。

可見表征圖像質(zhì)量的各項(xiàng)參數(shù)均小于其安裝驗(yàn)收時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值，它與傳統(tǒng)CT相比有較高的空間分辨率，密度分辨率也足以分辨軟組織結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)腫瘤本身成像來(lái)引導(dǎo)放療。

2.2 KV級(jí)系統(tǒng)中心與MV級(jí)系統(tǒng)中心的重合性

由于CBCT在進(jìn)行空間旋轉(zhuǎn)掃描的時(shí)候，XVI系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心會(huì)因重力作用隨機(jī)架運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生細(xì)微的改變，從而影響圖像與計(jì)劃CT圖像的匹配精度。因此，經(jīng)過(guò)質(zhì)控程序，兩中心的位置差異在x、y、z方向上均小于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)值0.5 mm（見圖6）。

2.3 六自由度治療床系統(tǒng)的校準(zhǔn)

對(duì)六自由度治療床系統(tǒng)的中心進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，我們均把誤差控制在0.2 mm，0.2°以內(nèi)（見圖7），對(duì)Reference Frame的參考原點(diǎn)進(jìn)行登記注冊(cè)時(shí)，我們均把誤差控制在1 mm，0.5°以內(nèi)，以保證六自由度床的位置精度，進(jìn)而保證其校正誤差的精度。

表1 圖像質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

圖6 位置差異圖

圖7 六自由度治療床系統(tǒng)中心校準(zhǔn)

3 結(jié) 論

IGRT系統(tǒng)的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作包括了加速器本身，圖像系統(tǒng)以及六自由度治療床系統(tǒng)的質(zhì)控，從內(nèi)容來(lái)看是個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，從過(guò)程來(lái)看是個(gè)繁瑣的常規(guī)工程，這對(duì)物理師在業(yè)務(wù)水平和專業(yè)素質(zhì)方面提出了更高的要求。本文結(jié)合我科的工作經(jīng)驗(yàn)主要闡述了圖像體統(tǒng)和六自由度治療床系統(tǒng)的主要質(zhì)控項(xiàng)目，它們要求的精度相對(duì)于常規(guī)質(zhì)控的精度要來(lái)得高，正所謂失之毫厘，差之千里。因此，我們?cè)谧龊贸Ｒ?guī)質(zhì)控的同時(shí)，對(duì)新技術(shù)新設(shè)備的質(zhì)量控制也要及時(shí)跟上和完善，形成適合日常實(shí)施的相應(yīng)規(guī)范，為臨床提供一個(gè)放心的工具和手段。

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