基于JJG(闽)1086-2018放射治疗CT模拟定位机X射线辐射源的质控分析

高 翔，石丽婉，傅丽蓉，陈思佳，刘 俊，何逸鹏，陈思嘉

(厦门大学附属第一医院 放疗科，福建 厦门 361001)

1 引 言

在癌症放射治疗中，要求剂量分布与肿瘤靶区高度一致，这需要复杂而精确的放疗计划，而整个放疗计划是建立在精确的三维定位图像上的[1]。其中，放射治疗吸收剂量计算的基本参数是电子线密度，这是与该组织的CT值密切相关的；因此，CT值的准确与否直接关系到整个治疗计划。整个精确放疗流程最关键、最基础的一个环节就是定位CT扫描精确程度，做好定位CT的质控关乎整个放疗流程的成败。目前，常规的模拟定位机只能提供二维的图像信息，因此能够集放射诊断、放疗计划、模拟定位和模拟治疗于一体的CT模拟定位机成为各大医院的首选[2, 3]。

CT之所以能够在不同的组织上呈现不同的CT值，是因为不同的组织对于X射线有不同的衰减系数，CT模拟定位机扫描得到的CT值受很多因素影响，比如管电压(kV)、曝光量(mA·s)、层厚、重建函数等[4]。同时，CT模拟定位机的成像质量及其精度也影响到靶区的勾画。

对于CT模拟定位机的质控国际上通常采用美国医学物理家协会(AAPM)的83号报告《CT放疗模拟定位机和CT模拟定位过程的质量保证》推荐的方法[5]。

目前，CT模拟定位机虽有行业标准，但尚无相应的的国家检定规程，本文的质控探讨是基于福建省质量技术监督局2018年6月发布的JJG(闽)1086-2018地方检定规程[6]，该地方检定规程经修改后作为国家检定规程参加了全国计量技术规范审定会，并通过了审定。

2 材料与方法

2.1 研究材料

美国模体实验室Catphan 504水模体，其内部由CTP404、CTP528、CTP515、CTP486多个分层模块组成。其中，CTP404层可以用作CT值的校准；CTP515用作低对比度的分辨力校准；CTP528包含了21个线对，用于空间分辨力的校准。CT模拟定位机使用的是GE公司的light speed大孔径模拟定位机，巴拉库达(barracuda)X线多功能质量检测仪及其配带的长杆电离室是瑞典RTI辐射测量公司制造的。图1是CT模拟机的机房结构图。

图1 CT模拟定位机机房结构图

2.2 研究方法

将Catphan 504水模体精确摆放在定位床上，采用标准剂量头部平扫条件，利用VARIAN计划系统Eclipse对定位CT采得的图像进行均匀性、噪声水平、空间分辨力等不同层面的成像数据分析。

CT定位机扫描时，利用轴向扫描测量加权剂量指数CTDIW, 按照式(1)计算出CT模拟定位机的容积剂量指数CTDIVOL：

(1)

式中：N是X射线管在某一单次旋转时产生的体层切片数；T是标称体层切片厚度；Δd是相邻扫描之间患者支架沿z轴方向运行的距离。《检定规程》要求，厂家给出的CT模拟定位机容积CT剂量指数CTDIVOL与实际测量差值在±20%以内。

新安装的CT定位机模体中心感兴趣区域平均CT值与周边每个感兴趣区域平均CT值之差的绝对值不大于5 HU，HU通常称为亨氏单位(hounsfield unit，HU)。在所扫描的每种物质中，在临床典型条件时，CT值应该符合：空气为(-1 000±30)HU；水为(0±4)HU。

本文使用的CTP404模块层面[7.8]，如图2所示。模体包含7个样本分别为Teflon(CT值990 HU)、Acrylic(CT值为120 HU)、LDPE(CT值为-90 HU)和Air(CT值为-1 000 HU)等，它们的密度不同，对X射线的衰减系数不同，故对应的CT值不同。图2中间4个黑点可以用来检测图像形变。表1列出了CTP404模块中不同材料对应的CT值。

图2 CTP404模块中不同插件的CT值

高对比度的测量：

用直径20 cm的的圆柱模体，在头部条件下，512×512矩阵, 视野(FOV)不大于20 cm；头部正常时，空间分辨力应高于5.0 Lp/cm，或能分辨出一组(多于4个)1.0 mm的圆孔。图3是空间分辨力图层，可用作高质量扫描条件和标准头部扫描。

表1 CTP404模块中不同材料对应的CT值

图3 空间分辨力图层

低对比度分辨力测量:

在头部条件10 mm层厚或者最大层厚扫面条件下，中心点CT剂量指数CTDI100不超过40 mGy时，1%对比度能分辨出3 mm的圆孔，0.3%对比度应能分辨出模体中6 mm的圆孔。

图4是低对比分辨率图层，逆时针方向分别是对比度为1%,0.5%,0.3%的圆孔。外圈9个圆孔的直径分别为15 mm，9.0 mm，8.0 mm，7.0 mm，6.0 mm，5.0 mm，4.0 mm，3.0 mm，2.0 mm。内圈4个圆孔的直径分别为9.0 mm，7.0 mm，5.0 mm，3.0 mm。

图4 低对比分辨率图层

扫描床负载90～100 kg，移动扫描床50 cm，测量扫描床实际移动的距离和设定距离之差[9]，扫描床床面与水平面的平行度误差不超过0.1 mm/m。

3 测试结果分析

通过对连续8个月的CT模拟定位机统计分析，在头部扫描条件下，7种不同材料的CT值测得检测结果，如表2所示。可以看出在标准剂量条件下，空气CT值具有较大的误差，略小于误差允许值(30 HU)。图5是统计了8个月的不同测试材料的CT测量值，可以看出测量数据稳定可靠。

表2 不同测量点对应的标准值和质控测得值

图5 不同测试材料测得的CT值

表3列出了CT模拟定位机在空间分辨力、低对比度分辨力、图像均匀性方面的测得数值。空间分辨力的测量结果显示，在头部条件下，可识别的线对为7 Lp/cm，高于规程要求的5.0 Lp/cm，而且比较稳定。低对比度的测量主要是检测机器是否能在对比度区分很小的情况下，区别不同的结构组织[10]，测量结果显示在对比度为1.0%,0.5%和0.3%时，测得值分别为2 mm,3 mm和5 mm。图像均匀性是检验成像均匀度的一个重要指标，尤其对于大孔径的CT机，必须保证同一层面上不同位置的CT值不能超过允许的范围。

4 结 语

CT模拟定位机是一种比较先进和复杂的影像系统，它涉及到临床医学、影像学、物理学和计算机技术等多学科的知识[11,12]。由于模拟定位CT关乎整个放疗流程，所以其质控需要严格对待。通常模拟定位CT的质控周期是1个月，具体是由放射治疗科物理师操作进行。

本文只是从剂量性能要求、图像性能要求和机械性能要求3个方面做了初步的探讨和研究，提出了一套比较通用的质控模式。受技术和条件所限，其他方面并未做深入的论述。需要特别强调的是，在实际检定的过程中，CT图像窗宽、窗位的选择也会对测量的准确度产生影响，例如影响到对图像高、低对比度的观测[13]。

本文系统地介绍了放射治疗中CT模拟定位机的质控工作，可为从事相关工作人员提供指导，也可参考本文中的具体内容制定相关质控手册或为计量部门提供检定依据。CT定位机的检定周期建议不超过一年，调试、修理后的机器需要检定校准后再投入使用。