基于MIMI模体对Truebeam加速器影像系统的质量保证

张基永 ZHANG Jiyong

吴丽丽 WU Lili

林 珠 LIN Zhu

彭 逊 PENG Xun

基于MIMI模体对Truebeam加速器影像系统的质量保证

张基永 ZHANG Jiyong

吴丽丽 WU Lili

林 珠 LIN Zhu

彭 逊 PENG Xun

作者单位
汕头大学医学院附属肿瘤医院放射治疗科广东汕头 515031

目的 通过MIMI模体对Truebeam加速器影像系统进行常规的质量保证，验证Truebeam加速器影像验证系统几何中心及治疗床移床的准确性。资料与方法将MIMI模体通过CT扫描得到其参考图像，并将参考图像传至治疗计划系统，制作简单的影像验证计划，然后将MIMI模体摆位到加速器上分别执行MV曝光、KV曝光和锥形束CT扫描，将曝光和扫描后得到的影像分别与其参考图像进行配准，得出影像系统的几何位置误差。结果 通过持续6个月的测量验证，Truebeam加速器影像系统几何中心各方向上误差和治疗床移床误差均值未超过1 mm，测量验证的稳定性也比较满意。根据美国医学物理学家协会第142号报告的建议，开展立体定向放射治疗手术和体部立体定向放射治疗的加速器影像系统几何中心误差和治疗床移床误差应小于1 mm。结论 Truebeam加速器影像系统的几何中心及治疗床的移床精度安全可靠，建议Truebeam加速器影像系统几何中心及治疗床移床误差的质量保证可以每月进行一次测量验证，不需要每周都进行测量验证。

放射治疗计划，计算机辅助；MIMI模体；Truebeam加速器；锥束计算机体层摄影术；质量控制

随着放射治疗技术的进步和发展，精确放射治疗逐步得以实现，从而让更多的肿瘤患者获得较为满意的治疗。影像验证系统的发展为实现精确放射治疗提供了可靠的保障，图像引导放射治疗技术的出现对此加以证实[1]。Truebeam加速器搭载的影像验证系统可以实现功能更完善的图像引导放射治疗，患者可以在治疗前拍摄KV或MV验证片，也可以执行锥形束CT（cone beam computer tomography，CBCT）扫描，通过这些验证影像能精准地定位肿瘤，减少摆位过程中带来的误差，最大限度地保护正常组织，从而让患者得到更为精确的放射治疗[2-3]。图像引导放射治疗技术的发展为部分治疗精度要求高的治疗技术提供了可靠的保障，如立体定向放射治疗手术和体部立体定向放射治疗[4-6]。图像引导放射治疗技术实施过程是否顺利在很大程度上依赖影像系统的准确性[7]。MIMI模体是一个用于检测影像系统几何中心的验证工具，如KV影像系统、MV影像系统、激光定位灯等，MIMI模体也能用于检测治疗机器自动控制设备的移位，如治疗床等。为了保证图像引导放射治疗技术能够准确无误地实施，其影像验证系统的质量保证和质量控制极其重要[8]，本文拟介绍利用MIMI模体对Truebeam加速器影像验证系统执行常规的质量保证。

1 资料与方法

MIMI模体的构成材料为乙缩醛共聚物，其中包含黑色的聚氯乙烯材质的骨密度等效杆。模体中心含有1个直径为6.4 mm的氧化铝小珠。在模体的5个表面含有6个1 mm的不锈钢钢珠。模体上有激光定位的标记线，还有L、R、A、P、F、H共6个陷入模体表面的字母用于观察数字化图像时确认模体所处的方向（图1A）。

1.1 获取MIMI模体参考影像 将MIMI模体放于CT床板上，摆位使CT模拟机激光定位灯与MIMI模体表面的标记线重合，执行CT扫描得到模体的参考图像（MIMI模体的参考图像要求每周更新1次）。将扫描获得的参考图像传到治疗计划系统（TPS）上，通过TPS生成一个简单的计划，计划里面需勾画出骨密度等效杆及氧化铝珠，并在TPS里将模体的中心进行标记。

1.2 MV验证 将MIMI模体放置在Truebeam治疗床上，调整模体位置使模体表面的标记线与加速器机房激光线重合，伸出电子射野影像设备执行MV级曝光，获得模体的前后位和侧位影像，在Online Review模式下与模体的数字重建射线影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）图像执行2D/2D配准，分析两者配准的结果是否在误差允许的范围内。MV验证主要是检测加速器机房激光定位灯的等中心和加速器射束的等中心是否一致（图1B）。

图1 MIMI模体（A）及用MIMI模体进行MV验证（B）

1.3 KV验证 先在计划里创建3个Setup射野，分别用于拍摄前后位验证片、侧位验证片和执行CBCT扫描。KV二维验证，将获得的KV前后位和右侧位验证片与其DRR图像进行2D/2D配准，分析其误差是否在接受的范围内（图2A）。KV三维验证，将模体执行CBCT扫描，获得模体三维影像再与模体的原始CT影像进行3D/3D配准，分析配准的误差结果。整个KV验证过程均为了检测KV图像系统的等中心与加速器治疗射束等中心的一致性（图2B）。

1.4 治疗床移床精度验证 图像引导放射治疗实施过程中需要移动治疗床使验证影像与计划影像相匹配，多数情况下这个过程是自动完成的，图像配准结果的好坏与治疗床的移位精度密不可分。MIMI模体的5个不同表面均嵌有6个直径为1 mm的钢珠，其中1个钢珠处于其余5个钢珠的离轴位置。以处于离轴位置的钢珠为参考，分别获取MV和KV的前后位及侧位影像，并与其DRR图像进行2D/2D配准，检查配准结果是否与治疗床移位的实际结果相符。CBCT三维验证治疗床精度，同样以处于离轴位置的钢珠作为参考，执行CBCT扫描，获得的CBCT图像与计划图像进行3D/3D配准[9-10]，验证治疗床三维方向的移位精度。

图2 用MIMI模体进行KV验证（A）和CBCT三维验证（B）

2 结果

MIMI模体执行每周1次持续6个月共24次的测量验证结果（图3）。MV验证、KV验证、CBCT验证及治疗床精度验证在横侧位方向（LAT）、进退床方向（LNG）和升降床方向（VRT）的误差结果见表1。

表1 MIMI模体测量验证Truebeam加速器影像系统及治疗床移床精度结果（mm）

通过持续6个月的测量验证，Truebeam加速器影像系统几何中心各方向上误差和治疗床移床误差均值未超过1 mm，根据美国医学物理学家协会（AAPM）第142号报告的建议，开展立体定向放射治疗手术和体部立体定向放射治疗的加速器影像系统几何中心误差和治疗床移床误差应小于1 mm。

3 讨论

加速器影像验证系统是一个复杂的结构，各部分配件通过机械臂搭载，平时不需要用到影像系统时，机械臂收回处于待命状态，当患者需要进行图像验证时，机械臂伸出到达系统校准的预定位置（机器等中心），执行图像验证。质量保证的目的是保证影像验证系统能够精确到达预定位置，为患者提供准确可靠的验证影像。根据AAPM第142号报告中的质量保证建议要求[11]，本研究利用MIMI模体对Truebeam加速器影像系统执行系统的测量验证工作，并持续观察了6个月的测量验证结果，Truebeam影像系统在各个方向上的误差均值小于1 mm，治疗床的移床误差在各个方向上的平均值均小于1 mm。AAPM第142号报告建议，开展立体定向放射治疗手术和体部立体定向放射治疗技术，影像系统的中心与照射野的中心一致性和治疗床移床的误差范围不能超过1 mm，对于调强放射治疗技术，不能超过2 mm。

从MIMI模体执行每周1次持续6个月共24次的测量验证结果中可以观察到，Truebeam加速器影像系统几何中心及治疗床移床误差均比较稳定，不会出现较大幅度的偏差，建议Truebeam加速器影像系统几何中心及治疗床移床误差的质量保证可以每月进行1次测量验证，不需要每周均进行测量验证。通常情况下，影像系统的几何中心精度受机械臂的运动精度的影响，尤其在机架转动过程中机械臂的稳定性也应纳入常规质量保证当中，定期对影像系统机械臂进行校准和保养也极其重要[12-13]。此外，影像设备进行维修或保养后要对其进行质量保证检测，误差范围符合要求后方可投入使用。

对于Truebeam加速器影像系统几何中心的测量验证，经常用到的还有Cube模体和IsoCal模体，Cube模体可以通过拍摄正侧位验证片来确认KV和MV影像设备的几何中心，IsoCal模体则通过弧形扫描来确认其影像系统的几何中心[14]，Cube模体和IsoCal模体测量验证结果和MIMI模体得到的结果相符。然而，MIMI模体用于质量保证程序会更加全面，它除可以对影像系统的几何中心进行测量验证外，还可以对激光定位系统和治疗床移床精度进行常规的质量保证。

总之，影像系统的质量保证是精确放射治疗的前提，但往往被忽略，定期对其执行质量保证程序极为关键。通过对Truebeam加速器影像系统的质量保证结果可见，其几何中心及治疗床的移床精度安全可靠，并建议其几何中心及治疗床移床误差的质量保证可以每月进行一次测量验证，不需要每周都进行测量验证。

图3 影像系统在LAT、LNG和VRT方向的测量验证结果

[1] Bissonnette JP, Moseley D, White EA, et al. Quality assurance for the geometric accuracy of cone-beam CT guidance in radiation therapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2008, 71(1 Suppl): S57-S61.

[2] Ali I, Tubbs J, Hibbitts K, et al. Evaluation of the setup accuracy of a stereotactic radiotherapy head immobilization mask system using kV on-board imaging. J Appl Clin Med Phys, 2010, 11(3): 3192.

[3] Yoo S, Kim GY, Hammoud R, et al. A quality assurance program for the on-board imagers. Med Phys, 2006, 33(11): 4431-4447.

[4] Bissonnette JP, Balter PA, Dong L, et al. Quality assurance for image-guided radiation therapy utilizing CT-based technologies: a report of the AAPM TG-179. Med Phys, 2012, 39(4): 1946-1963.

[5] Peng JL, Kahler D, Li JG, et al. Feasibility study of performing IGRT system daily QA using a commercial QA device. J Appl Clin Med Phys, 2011, 12(3): 3535.

[6] Stanley DN, Papanikolaou N, Gutierrez AN. Development of image quality assurance measures of the ExacTrac localization system using commercially available image evaluation software and hardware for image-guided radiotherapy. J Appl Clin Med Phys, 2014, 15(6): 81-91.

[7] Du W, Yang JN, Chang EL, et al. A quality assurance procedureto evaluate cone-beam CT image center congruence with the radiation isocenter of a linear accelerator. J Appl Clin Med Phys, 2010, 11(4): 3297.

[8] 胡逸民, 张红志, 戴建荣. 肿瘤放射物理学. 北京: 原子能出版社, 1999: 618-620.

[9] 余慧婷, 张杰, 潘萌. 噪声对三维图像归一化互信息配准的影响. 中国医学影像学杂志, 2011, 19(11): 844-849.

[10] 谷宗运, 谭红春, 殷云霞, 等. 基于SURF和改进的RANSAC算法的医学图像配准. 中国医学影像学杂志, 2014, 22(6): 470-475, 480.

[11] Klein EE, Hanley J, Bayouth J, et al. Task group 142 report: quality assurance of medical accelerators. Med Phys, 2009, 36(9): 4197-4212.

[12] Mao W, Lee L, Xing L. Development of a QA phantom and automated analysis tool for geometric quality assurance of onboard MV and kV X-ray imaging systems. Med Phys, 2008, 35(4): 1497-1506.

[13] Guan H, Hammoud R, Yin FF. A positioning QA procedure for 2D/2D (kV/MV) and 3D/3D (CT/CBCT) image matching for radiotherapy patient setup. J Appl Clin Med Phys, 2009, 10(4): 2954.

[14] 张基永. TrueBeam锥形束CT的常规校准方法和质量保证.医疗装备, 2012, 25(7): 1-2.

（本文编辑张春辉）

Quality Assurance for Truebeam Imaging System Based on MIMI Phantom

Purpose To perform a quality assurance program for Truebeam imaging system using MIMI phantom, and to evaluate the accuracy of the imaging system center with the radiation isocenter and the accuracy of couch shift. Materials and Methods The reference images of MIMI phantom were acquired using CT scanner. The reference images were imported into the treatment planning system and a simple plan was created. The MIMI phantom was placed on the treatment couch. The images were acquired using the MV/KV imaging system, and a match registration was performed with the reference images from the TPS. Results Measured over six months, the precision of the imager and linac's isocenter was ＜1 mm, and the couch shift accuracy was ＜1 mm. The measurements over six months demonstrate that isocenters of the MV/KV imaging systems on Truebeam system are stable. Conclusion The accuracy of the Truebeam imaging system center and couch shift is safe and reliable. The error of Truebeam imaging system center and couch shift can be tested on a monthly base.

Radiotherapy planning, computer-assisted; MIMI phantom; Truebeam; Cone-beam computed tomography; Quality control

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.07.021

彭 逊

Department of Radiation Oncology, Cancer Hospital of Shantou University Medical College, Shantou 515031, China

Address Correspondence to: PENG Xun

E-mail: pengx@stu.edu.cn

TH774

2014-12-10

2015-06-12

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 7期：557-560

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(7): 557-560