IGRT系統(tǒng)的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

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【摘要】目的:結(jié)合我院開展IGRT技術(shù)以來所做的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作所積累的經(jīng)驗(yàn)，分析和探討IGRT系統(tǒng)的主要質(zhì)控檢測(cè)項(xiàng)目和實(shí)現(xiàn)方法，以保證系統(tǒng)安全、有效、穩(wěn)定的進(jìn)行.方法:檢測(cè)圖像系統(tǒng)的低對(duì)比度分辨力、空間分辨率、密度均勻性和幾何失真度，測(cè)試系統(tǒng)的圖像匹配精度，校準(zhǔn)六自由度治療床系統(tǒng)(HexaPODTMevoSystem)的等中心.結(jié)果:能分辨的圖像低密度差異值小于20%,空間分辨率不小于71p/cm,表征圖像密度均一性的像素值差異小于2%,表征圖像幾何失真度的幾何精度在X、Y、Z方向均小于1.04mm,XVI系統(tǒng)隨機(jī)架運(yùn)動(dòng)時(shí),旋轉(zhuǎn)中心由于重力作用引起的位置變化范圍在X、Y方向上小于1.04mm,KV級(jí)系統(tǒng)中心和MV級(jí)系統(tǒng)中心的位置差異在X、Y、Z方向上小于0.5mm.六自由度治療床相對(duì)于等中心的偏差在0.2mm、0.2°以內(nèi)結(jié)論:相應(yīng)的質(zhì)控項(xiàng)目和方法保證了我院IGRT系統(tǒng)得以安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，也有助于減小病人治療過程中由于系統(tǒng)誤差而引起的擺位誤差.【期刊名稱】《中國醫(yī)學(xué)裝備》【年(卷)，期】2010(007)002【總頁數(shù)】4頁(P9-12)【關(guān)鍵詞】IGRT;XVI;六自由度治療床;質(zhì)量保證;質(zhì)量控制【作者】胡彩容;張秀春;吳君心;潘建基【作者單位】福建省腫瘤醫(yī)院放療科，福建，福州,350014；福建省腫瘤醫(yī)院放療科福建福州,350014；福建省腫瘤醫(yī)院放療科福建福州,350014；福建省腫瘤醫(yī)院放療科,福建福州,350014【正文語種】中文【中圖分類】R19720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ElektaSynergy系統(tǒng)和六自由度治療床系統(tǒng)(HexaPODTMevoSystem)，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-beamCT,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TOR18FGLeedsX-rayimagingphantom,CatphanphantomCTP503,SingleBall-bearingPhantom,CalibrationtoolforHexaPODevoSystem,以及ReferenceFrame。1.3質(zhì)控內(nèi)容及方法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CatphanPhantomCTP503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)：120KV,1040mAs，掃描視野(fieldofview,FOV)27.7cm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)：120KV,3.8mAs,S20射野準(zhǔn)直器，采集15幀。圖1CatphanPhantomCTP503圖2TOR18FGLeedsX-rayimagingphantom1.3.2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SingleBall-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0.1mm，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0.1mm，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：120KV,161.8mAs，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0.5mm,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程是否有出現(xiàn)人為誤差，如果沒有，則應(yīng)盡快反饋給公司的工程師。圖3SingleBall-bearing1.3.3六自由度治療床系統(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Calibrationtool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：100KV,65mAs,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0.2mm,u、v、w方向的旋轉(zhuǎn)誤差大于0.2°，則通過六自由度床自動(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（ReferenceFrame）（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4Calibrationtool圖5ReferenceFrame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?？梢姳碚鲌D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)，可以通過腫瘤本身成像來引導(dǎo)放療。2.2KV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0.5mm（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0.2mm，0.2°以內(nèi)（見圖7），對(duì)ReferenceFrame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1mm，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)果次數(shù)幾何失真度（mm）3D2D3D2DXYZ低對(duì)比度分辨力空間分辨率最大密度差異值11.260.9072.00.280.20.40.221.170.9071.80.640.20.10.131.270.9072.00.720.30.30.041.600.9071.60.290.30.40.551.640.9072.01.230.00.50.3標(biāo)準(zhǔn)<2.7%<0.90%>7lp/cm>10lp/cm<2.0%<1.04<1.04<1.04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)容來看是個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，從過程來看是個(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。參考文獻(xiàn)［1］胡逸民.腫瘤放射物理學(xué)［M］第1版.北京：原子能出版社，1999:9.［2］王艷陽，傅小龍.CT在影像引導(dǎo)下放療中應(yīng)用的歷史與現(xiàn)狀［J］.中國癌癥雜志，2006