IGRT系统的质量保证和质量控制

胡彩容 张秀春 吴君心 潘建基

①福建省肿瘤医院放疗科 福建 福州 350014

20世纪的最后20多年间，适形调强放射治疗技术从概念的提出到实施再到推广普及，充分显示了适形调强放射治疗技术高度适形照射，减少正常组织受照体积，改进剂量分布，提高治疗增益比的优势。21世纪初，随着放射治疗理念的更新，放疗技术设备的发展和影像技术以及计算机技术的进步，理念与技术共同搭建了影像引导放疗技术（IGRT）的平台，它将放射治疗机与成像设备结合在一起，在分次治疗摆位时或在治疗中采集有关的图像信息，从而确定治疗靶区和重要结构的位置运动以及其形态变化，并在必要时进行位置和剂量分布的校正，从而达到引导治疗的目的。该技术为3D-CRT、IMRT以及质子放疗等现代放疗技术提供了重要保证，开创了从精确放疗到准确放疗的时代。

从上述概念可知，IGRT系统中的成像设备至关重要，它所采集并重建的三维患者模型与治疗计划的患者模型匹配后将得到治疗床需要调整的参数。因此图像采集和匹配精度将直接影响摆位误差的测量结果，而治疗床的运动精度也将直接影响摆位误差的纠正。因此IGRT设备的质量保证和质量控制是保证放射治疗质量的前提，它使设备的各项技术指标达到机器安装验收时的标准值，从而为临床提供一个放心的工具和手段。本文从放射物理师的角度，对我科开展IGRT技术以来在质量控制方面的经验进行总结，探讨IGRT设备的质控要求和质控程序规范。

1 材料与方法

1.1 IGRT主要设备

我院2008年引进的医科达IGRT系统，包括Elekta Synergy系统和六自由度治疗床系统（HexaPODTM evo System），其中Elekta的Synergy系统由数字化加速器和放射治疗头以及具有完整图像功能的XVI系统组成。XVI系统由KV级的锥形束CT（Cone－beam CT，CBCT），非晶硅数字化X射线探测板和计算机工作站及图像处理软件组成，具有摄片、透视和容积成像的多重功能。六自由度治疗床系统是亚洲第一台可以从六个方位运动的治疗床系统，它由HexaPODTMevo放射治疗床和iGUIDE控制系统组成，它具有自动校正摆位误差的功能。

1.2 所需质控模体

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 质控内容及方法

1.3.1 CBCT的图像质量

表征图像质量的相关参数分别为低对比度分辨力、空间分辨率、密度均匀性和几何失真度。做该项检查时，先将3D模体Catphan Phantom CTP503在机头下借助激光灯和水平尺调整好位置（见图1），选取CBCT扫描参数：120 KV，1040 mAs，扫描视野（field of view，FOV）27.7 cm的射野准直器（S20），旋转扫描角度360°，图像采集速度5.5帧/秒，共650帧，高分辨率重建方式，然后进行CBCT扫描，并对重建图像进行分析；再将2D模体如图2摆好位置，CBCT摄片参数：120 KV，3.8 mAs，S20射野准直器，采集15帧。

图1 Catphan Phantom CTP503

图2 TOR 18FG Leeds X－ray imaging phantom

1.3.2 图像的匹配精度

由于KV级系统与MV级系统中心的重合性将直接影响图像的匹配精度，因此该项的校准至关重要，检测时将Single Ball－bearing模体固定于床面，用激光灯对准和调整模体上金属球的几何中心（见图2），利用EPID分别在0°，90°，－90°，180°各拍摄两张平片，共八张曝光图片，然后传输至XVI软件进行分析，即可得出模体金属球的几何中心与MV级系统中心是否重合的误差参数，若误差超出标准值0.1 mm，则进机房调整模体上螺旋测微尺，进而调整金属球的位置，再进行第二次EPID曝光，直至两中心重合误差小于0.1 mm，才认为模体金属球的中心与MV级系统中心重合，即前者的位置是后者空间位置的标识。接着使用CBCT扫描模体，扫描参数为：120 KV，161.8 mAs，扫描视野为S20的射野准直器，旋转扫描角度360°，共采集647帧，高分辨率重建方式，采用手工匹配方法，与系统的标准模体图像进行配准。如果在x、y、z三个方向上的误差均小于0.5 mm，则可认为KV系统与MV系统的中心重合。若误差超出标准值，那么得先检查操作过程是否有出现人为误差，如果没有，则应尽快反馈给公司的工程师。

图3 Single Ball－bearing

1.3.3 六自由度治疗床系统的中心校准及其在治疗模式下参考原点的注册

此项检查的目的之一是为了使六自由度床的等中心与加速器等中心重合。检测时使用Calibration tool模体，借助激光灯把模体对好等中心的位置（见图4），CBCT扫描参数为：100 KV，65 mAs，S20的射野准直器，扫描角度360°，共采集650帧，高分辨率重建方式，采用灰度值自动配准。若x、y、z方向的线性误差大于0.2 mm，u、v、w方向的旋转误差大于0.2°，则通过六自由度床自动调整相应误差，进行第二次扫描，直至误差在标准值内，表明六自由度床的等中心与加速器的等中心重合。然而在患者治疗时，用的是带有红外反射球的C型定位体架（Reference Frame）（如图5所示）。所以两中心匹配完成后，还需对定位体架的参考原点进行登记注册，将等中心位置登记注册为定位体架的参考原点，以便六自由度治疗床系统根据误差值调整床的位置。

2 结果与分析

2.1 图像质量

图4 Calibration tool

图5 Reference Frame

我科采用上述质控方法对我们现有的IGRT图像系统以及六自由度治疗床系统进行相应的质量保证和质量控制，基本能保证系统安全、稳定的运行，也为摆位误差的测量和校正提供了放心的工具。表1是图像质量检测结果。

可见表征图像质量的各项参数均小于其安装验收时的标准值，它与传统CT相比有较高的空间分辨率，密度分辨率也足以分辨软组织结构，可以通过肿瘤本身成像来引导放疗。

2.2 KV级系统中心与MV级系统中心的重合性

由于CBCT在进行空间旋转扫描的时候，XVI系统的旋转中心会因重力作用随机架运动时发生细微的改变，从而影响图像与计划CT图像的匹配精度。因此，经过质控程序，两中心的位置差异在x、y、z方向上均小于验收标准值0.5 mm（见图6）。

2.3 六自由度治疗床系统的校准

对六自由度治疗床系统的中心进行校准时，我们均把误差控制在0.2 mm，0.2°以内（见图7），对Reference Frame的参考原点进行登记注册时，我们均把误差控制在1 mm，0.5°以内，以保证六自由度床的位置精度，进而保证其校正误差的精度。

表1 图像质量检测结果

图6 位置差异图

图7 六自由度治疗床系统中心校准

3 结 论

IGRT系统的质量保证和质量控制工作包括了加速器本身，图像系统以及六自由度治疗床系统的质控，从内容来看是个庞大的系统工程，从过程来看是个繁琐的常规工程，这对物理师在业务水平和专业素质方面提出了更高的要求。本文结合我科的工作经验主要阐述了图像体统和六自由度治疗床系统的主要质控项目，它们要求的精度相对于常规质控的精度要来得高，正所谓失之毫厘，差之千里。因此，我们在做好常规质控的同时，对新技术新设备的质量控制也要及时跟上和完善，形成适合日常实施的相应规范，为临床提供一个放心的工具和手段。

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