CT模拟定位机的调试与验收

苏洁洪，赖传万

广州中医药大学金沙洲医院放疗中心 (广东广州 510080)

CT模拟定位机适用于放射治疗中患者的模拟定位，可用来进行皮肤标记、CT扫描、将图像传输到TPS及CT值与电子密度的转换，其中任何一个步骤出现问题均会引起治疗误差，因此，需要对安装好的CT模拟定位机进行调试、检测，以确保其性能的精确性，并且需要定期进行质量保证与质量控制[1]。美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)针对CT模拟定位机质量保证的TG-66号报告中为物理师提供了一个综合、全面的框架与引导，以用于CT模拟定位机的调试、验收和质量保证[2]。该研究根据AAPM TG-66号报告对本科室的西门子模拟定位CT进行调试与验收，具体如下。

1 剂量测量

虽然放射治疗患者从CT模拟定位中获得的辐射剂量与放射治疗剂量相比微不足道，但是，CT模拟定位机的剂量测量仍是初始调试和验收的一部分内容。行CT扫描患者的剂量通过测量CT剂量指数(CT dosage index，CTDI)评估，通常使用CT剂量测量的头部或体部模体和电离室来实现。

测量CTDI时，将模体水平放置在CT床面上，对准CT激光灯，将CT笔形电离室插入模体中，然后进行轴扫描，CTDI100用以下公式计算：

其中，CTDI100是用100 mm长的电离室测量的CT剂量指数(cGy)；Rdg是静电计读数；Ctp是温度和气压校正因子；Kel是静电计校准因子(C/rdg)；Nx是电离室的照射量校准因子(R/C)；100 mm是电离室的长度；fmed是F因子，用于将空气中的照射量转化为介质中的吸收剂量，CTDI100的F因子定义为0.87。

CTDI100反映的是某个点的剂量，为了解决X线剂量在体内的不均匀性，反映人体接受的真实剂量，人们又提出了加权CT剂量指数CTDIw，描述CT扫描某一断层平面上的平均剂量，用以下公式计算：

自螺旋CT问世后，需要考虑螺距对扫描剂量的影响，容积CT剂量指数CTDIvol是描述多排(层)螺旋CT在整个扫描容积范围内的平均辐射剂量(用来表示具体检查协议的剂量具有重要的意义)，用以下公式计算：

剂量长度乘积(dose-length product，DLP)用来表示在给定扫描协议下，一次完整的容积扫描的总的辐射吸收剂量，用以下公式计算：

DLP(mGy·cm)=CTDIvol(mGy)×扫描长度(cm) (4)

测量的剂量随着管电压、管电流、层厚、扫描时间、射束滤过等参数的变化而变化，CTDI通常在一系列标准参数下测量，制造商通常会提供校正因子表，用来校正标准扫描参数下的CTDI和预期扫描参数下的CTDI，CTDI的容差限值为厂商规定的±20%。

2 辐射防护安全

由于在CT模拟定位过程中对医务人员和公众的辐射必须低于监管限制，因此，初装机时需要检测CT机房周围的辐射水平。因为CT模拟定位机本身已经屏蔽了主要的辐射，成像平面以外的主要辐射是散射线，所以CT机房的防护设计主要用于屏蔽散射线。

CT机房的防护评估应在成像平面中放置成分和大小与骨盆区域近似的模体，扫描时应使用最大可能的曝光条件(即最大层厚和最高扫描电压)，测得的瞬时曝光水平与CT机的mAs成正比。典型的调研程序包括以下设置：管电压140 kV，准直器开口宽10 mm，管电流200 mAs，且曝光时间足够长，足以用测量仪测量到稳定的辐射量。如美国国家辐射防护和测量委员会(National Council on Radiation Protection and Measurements，NCRP)第49号报告所述，CT出射线后首先应用G-M计数管测量评估所有墙壁、门、窗的防护完整性，一旦防护完整性得到了验证，最高辐射水平的位置被发现，测量仪即可以用来测量连续曝光。CT模拟定位机房屏蔽体外表面0.3 m处，剂量当量率控制目标应不大于2.5 μSv/h[3]。NCRP推荐的辐射水平限值或适用的范围，公众为1 mSv/年，职业照射为20 mSv/年。

3 机电部件性能

CT模拟定位机的机电组件是否正常运行影响着患者的扫描安全性和准确性。CT模拟定位机通常配备有外部激光灯，不仅可用于患者的治疗定位，确保摆位准确，而且可用于在患者皮肤上做定位标记。CT的外部激光灯由CT机架激光灯、两侧壁挂激光灯和天花板上可移动的矢状激光灯3个独立部分组成，其中两侧壁挂激光灯定义冠状和横断轴向平面，并且安装在预先设定的固定距离(通常与成像平面相距500 mm)，天花板上可移动的激光灯定义矢状轴向平面。

3.1 激光灯

激光灯的性能调试检测有以下几点要求：(1)机架激光灯应准确地定义CT机架孔径内的成像平面，即将iso-align模体对准激光灯，然后用0.5 mm层厚扫描，如果出现如图1所示，CT图像0层面显示所有的金属小球大小均相同，十字线刚好位于小球中间，则机架激光灯准确地定义了CT成像平面；(2)机架激光灯应与CT模拟定位机成像平面平行且正交，并交汇于成像平面的正中心；(3)两侧垂直激光灯与CT成像平面有准确的空间位置，即如果上述(1)调试好后，则出床，检测两侧垂直激光灯位置是否与CT成像平面有准确的空间位置关系(两侧壁激光灯通常设置成与成像平面相距500 mm)；(4)两侧壁激光灯与成像平面平行且正交，并应在与成像平面中心共同入射的点处相交，即如果上述(1)调试好后，上下、左右移动床时，在整个运动范围，两侧壁激光灯和天花板激光灯应沿着iso-align模体的对准线移动，表明两侧壁激光灯与成像平面平行且正交；(5)天花板激光灯(矢状)垂直且与成像平面正交，即上下、左右移动床时，在整个运动范围，矢状激光灯应始终对齐iso-align模体的中间线，表明矢状激光灯与成像平面正交；(6)天花板激光灯(矢状)运动应是精确的、线性的且可以重复的。

3.2 床和床面

CT床面涉及摆位准确性和摆位重复性，不精确的床面会导致图像的空间形变。床和床面的性能检测有以下几点要求：(1)床面应水平并且与成像平面垂直正交，即用水平仪检测床面水平情况，将iso-align模体放置在CT床上扫描，如果出现如图1所示，CT图像0层面显示所有的金属小球大小均相同，则表示床面与成像平面垂直正交；(2)垂直和纵向运动的数字显示精确并可重复；(3)扫描机控制下床的位置和运动应准确，即检测扫描机控制下床的位置和运动准确性，放置一张胶片在CT床上，用预先设定好的间距对胶片进行窄束扫描，胶片上条纹之间的间距对应扫描的间距，可以通过将上述胶片重复照射2次来检查床移动的重复性；(4)床面应不包含任何不需要的会产生伪影的附件；(5)检测CT床负重70 kg时，床头的沉降应小于2 mm，床纵向水平应小于0.2°。

图1 iso-align模体与其CT图像

3.3 机架倾斜角

CT模拟定位机一般不用机架倾斜扫描，但必须保证机架倾斜0°与床面垂直正交，并且倾斜后能准确返回标称垂直成像平面。

3.4 从定位图像确定扫描位置的精确性

从定位图像确定精确的扫描体积和扫描位置(应精确到1 mm以内)，对于临床扫描非常重要，在扫描质量保证测量的模体或剂量设备时，此功能尤其重要。

4 图像质量

图像质量直接影响识别和描绘放射治疗计划中靶区体积和周围关键结构的能力，质量不佳可能会导致靶区体积的一部分缺失或正常结构错误地描绘为靶区体积，从而导致严重错误，所以，CT模拟定位机安装好后应做好CT图像质量方面的调试检测及定期质量控制工作，从而使CT模拟定位的图像性能尽可能保持最佳。图像质量调试检测包括以下几个部分。

4.1 像素值的随机不确定性(噪声)

理想情况下，用CT扫描一个均匀模体，应该在图像中获得具有均匀的单一的像素值(CT值)；实际上，均匀模体的CT图像中CT值并不均匀，像素强度的变化具有随机性和系统性。图像不均匀性的随机因素即噪声，噪声用均匀模体中感兴趣区域(region of interest，ROI)内像素值的标准差(SD)来描叙，单位可以是CT值(Hu)。

噪声的检测方法：通过扫描一个水模体来测试CT的随机噪声是否超过制造商的规格标准。

4.2 射野均匀度

射野不均匀也会给图像带来伪影，受机器设计影响，射束硬化或图像重建软件导致的图像伪像可以表现为系统性的CT值变化。扫描一个均匀模体并在固定的区域上画一个ROI采样平均HU值，可以量化系统差异的存在，该过程被称为射野均匀度测试。

射野均匀度的检测方法：扫描一个水模体，CT图像应该无系统伪影、无条索状，且应均匀，在图像上下左右中间画5个ROI，5个平均HU值差异应在5 HU以内。

4.3 水的CT值

CT模拟定位获得的图像用于剂量分布计算，这些计算通常依赖于CT图像中包含的相对物理密度或电子密度，该信息是从CT图像中的CT值到密度的转换，这种关系通常取决于CT机，因此，不准确的CT值会导致剂量计算不准确。计划系统中的电子密度表通常都是通过扫描电子密度模体得到。

水的CT值的检测方法：扫描一个水模体来验证水的CT值的准确性。

4.4 CT值的线性

CT值的线性是指物质的CT值是否与其对X线的吸收系数成一次函数关系。

CT值的线性的检测方法：扫描catphan模体，在模块CTP401中每个圆柱体中心处生成面积相同的圆形ROI，记录CT值的平均值与已知的数值进行比较。

4.5 CT图像的空间线性距离

放射治疗计划依赖于CT图像中患者的尺寸数据和形状的准确(包括外部皮肤轮廓和器官)，图像失真可能会导致剂量错误和治疗位置错误，CT图像应在±1 mm范围内准确地再现真实的患者解剖结构，在整个扫描野内无空间扭曲和失真。

CT图像的空间线性距离的检测方法：扫描catphan模体，在模块CTP401中有4个半径为1.5 mm的圆柱体，相邻圆柱体之间的距离为5 cm，测量4个圆柱体之间的距离，观察是否为5 cm，误差范围为1 mm。

4.6 CT图像的层厚

CT模拟定位时必须保证扫描层厚的准确性，图像层厚的误差范围为±0.2 mm。

CT图像的层厚的检测方法：扫描catphan模体，在CTP401模块中有2组夹角为23°的金属斜线，首先将图像的窗宽值设置为1，调节窗位，使图像上的金属斜线影像恰好消失，然后画一个ROI，计算金属斜线影像测量窗位，即窗位值为(MAX-SD)/2+SD，最后将窗宽值设置为1，调节窗位值至(MAX-SD)/2+SD，测得金属斜线长度L，根据三角函数的计算方法得到图像层厚d=L×tan23，图像层厚的误差范围为±0.2 mm。

4.7 CT图像的空间分辨率

空间分辨率是用于评估图像系统的常用参数，可用于描绘成像系统中，区分紧密连在一起的两个非常小的物体的能力，又被称作高对比度分辨率。

CT图像的空间分辨率的检测方法：扫描catphan模体，在1～21 Lp/cm，检测出来的空间分辨率应达到制造商规定的规格。

4.8 CT图像的对比度分辨率

对比度分辨率被定义为CT机区分两个体积相对很大但密度与背景相差很小的物体的能力，又被称作低对比度分辨率，通常使用包含不同大小的低对比度对象的模体来评估。

CT图像的对比度分辨率的检测方法：扫描catphan模体，在CTP528模块中包含内外两层圆柱体，每层圆柱体又包含3组不同对比度和直径的圆柱形杆，对比度分别对应1%、0.5%、0.3%，以测量低对比度性能，检测出来的对比度分辨率应达到制造商规定的规格。

5 结束语

CT模拟定位是实施放射治疗的重要环节，精确的模拟定位能够减少放射治疗的误差，因此，对CT模拟定位机的调试检测非常重要。上述介绍的检测项目和检测方法是对CT模拟定位机进行调试与验收的主要要求。实际工作中，除了做好机器初次安装后的调试与验收工作，还应做好机器的定期质量保证工作。随着影像技术和放射治疗的不断进步，CT模拟定位机的调试检测与质量保证检验项目也会发生相应的变化[4]，但保证放射治疗计划精确的执行应该始终是放射治疗物理师必须重视的工作内容。