基于MIMI模體對(duì)Truebeam加速器影像系統(tǒng)的質(zhì)量保證

張基永 ZHANG Jiyong

吳麗麗 WU Lili

林 珠 LIN Zhu

彭 遜 PENG Xun

基于MIMI模體對(duì)Truebeam加速器影像系統(tǒng)的質(zhì)量保證

張基永 ZHANG Jiyong

吳麗麗 WU Lili

林 珠 LIN Zhu

彭 遜 PENG Xun

作者單位
汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放射治療科廣東汕頭 515031

目的 通過(guò)MIMI模體對(duì)Truebeam加速器影像系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的質(zhì)量保證，驗(yàn)證Truebeam加速器影像驗(yàn)證系統(tǒng)幾何中心及治療床移床的準(zhǔn)確性。資料與方法將MIMI模體通過(guò)CT掃描得到其參考圖像，并將參考圖像傳至治療計(jì)劃系統(tǒng)，制作簡(jiǎn)單的影像驗(yàn)證計(jì)劃，然后將MIMI模體擺位到加速器上分別執(zhí)行MV曝光、KV曝光和錐形束CT掃描，將曝光和掃描后得到的影像分別與其參考圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，得出影像系統(tǒng)的幾何位置誤差。結(jié)果 通過(guò)持續(xù)6個(gè)月的測(cè)量驗(yàn)證，Truebeam加速器影像系統(tǒng)幾何中心各方向上誤差和治療床移床誤差均值未超過(guò)1 mm，測(cè)量驗(yàn)證的穩(wěn)定性也比較滿意。根據(jù)美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)第142號(hào)報(bào)告的建議，開(kāi)展立體定向放射治療手術(shù)和體部立體定向放射治療的加速器影像系統(tǒng)幾何中心誤差和治療床移床誤差應(yīng)小于1 mm。結(jié)論 Truebeam加速器影像系統(tǒng)的幾何中心及治療床的移床精度安全可靠，建議Truebeam加速器影像系統(tǒng)幾何中心及治療床移床誤差的質(zhì)量保證可以每月進(jìn)行一次測(cè)量驗(yàn)證，不需要每周都進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證。

放射治療計(jì)劃，計(jì)算機(jī)輔助；MIMI模體；Truebeam加速器；錐束計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)；質(zhì)量控制

隨著放射治療技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，精確放射治療逐步得以實(shí)現(xiàn)，從而讓更多的腫瘤患者獲得較為滿意的治療。影像驗(yàn)證系統(tǒng)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)精確放射治療提供了可靠的保障，圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)此加以證實(shí)[1]。Truebeam加速器搭載的影像驗(yàn)證系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)功能更完善的圖像引導(dǎo)放射治療，患者可以在治療前拍攝KV或MV驗(yàn)證片，也可以執(zhí)行錐形束CT（cone beam computer tomography，CBCT）掃描，通過(guò)這些驗(yàn)證影像能精準(zhǔn)地定位腫瘤，減少擺位過(guò)程中帶來(lái)的誤差，最大限度地保護(hù)正常組織，從而讓患者得到更為精確的放射治療[2-3]。圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)的發(fā)展為部分治療精度要求高的治療技術(shù)提供了可靠的保障，如立體定向放射治療手術(shù)和體部立體定向放射治療[4-6]。圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)實(shí)施過(guò)程是否順利在很大程度上依賴影像系統(tǒng)的準(zhǔn)確性[7]。MIMI模體是一個(gè)用于檢測(cè)影像系統(tǒng)幾何中心的驗(yàn)證工具，如KV影像系統(tǒng)、MV影像系統(tǒng)、激光定位燈等，MIMI模體也能用于檢測(cè)治療機(jī)器自動(dòng)控制設(shè)備的移位，如治療床等。為了保證圖像引導(dǎo)放射治療技術(shù)能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地實(shí)施，其影像驗(yàn)證系統(tǒng)的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制極其重要[8]，本文擬介紹利用MIMI模體對(duì)Truebeam加速器影像驗(yàn)證系統(tǒng)執(zhí)行常規(guī)的質(zhì)量保證。

1 資料與方法

MIMI模體的構(gòu)成材料為乙縮醛共聚物，其中包含黑色的聚氯乙烯材質(zhì)的骨密度等效桿。模體中心含有1個(gè)直徑為6.4 mm的氧化鋁小珠。在模體的5個(gè)表面含有6個(gè)1 mm的不銹鋼鋼珠。模體上有激光定位的標(biāo)記線，還有L、R、A、P、F、H共6個(gè)陷入模體表面的字母用于觀察數(shù)字化圖像時(shí)確認(rèn)模體所處的方向（圖1A）。

1.1 獲取MIMI模體參考影像 將MIMI模體放于CT床板上，擺位使CT模擬機(jī)激光定位燈與MIMI模體表面的標(biāo)記線重合，執(zhí)行CT掃描得到模體的參考圖像（MIMI模體的參考圖像要求每周更新1次）。將掃描獲得的參考圖像傳到治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）上，通過(guò)TPS生成一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)劃，計(jì)劃里面需勾畫(huà)出骨密度等效桿及氧化鋁珠，并在TPS里將模體的中心進(jìn)行標(biāo)記。

1.2 MV驗(yàn)證 將MIMI模體放置在Truebeam治療床上，調(diào)整模體位置使模體表面的標(biāo)記線與加速器機(jī)房激光線重合，伸出電子射野影像設(shè)備執(zhí)行MV級(jí)曝光，獲得模體的前后位和側(cè)位影像，在Online Review模式下與模體的數(shù)字重建射線影像（digitally reconstructed radiograph，DRR）圖像執(zhí)行2D/2D配準(zhǔn)，分析兩者配準(zhǔn)的結(jié)果是否在誤差允許的范圍內(nèi)。MV驗(yàn)證主要是檢測(cè)加速器機(jī)房激光定位燈的等中心和加速器射束的等中心是否一致（圖1B）。

圖1 MIMI模體（A）及用MIMI模體進(jìn)行MV驗(yàn)證（B）

1.3 KV驗(yàn)證 先在計(jì)劃里創(chuàng)建3個(gè)Setup射野，分別用于拍攝前后位驗(yàn)證片、側(cè)位驗(yàn)證片和執(zhí)行CBCT掃描。KV二維驗(yàn)證，將獲得的KV前后位和右側(cè)位驗(yàn)證片與其DRR圖像進(jìn)行2D/2D配準(zhǔn)，分析其誤差是否在接受的范圍內(nèi)（圖2A）。KV三維驗(yàn)證，將模體執(zhí)行CBCT掃描，獲得模體三維影像再與模體的原始CT影像進(jìn)行3D/3D配準(zhǔn)，分析配準(zhǔn)的誤差結(jié)果。整個(gè)KV驗(yàn)證過(guò)程均為了檢測(cè)KV圖像系統(tǒng)的等中心與加速器治療射束等中心的一致性（圖2B）。

1.4 治療床移床精度驗(yàn)證 圖像引導(dǎo)放射治療實(shí)施過(guò)程中需要移動(dòng)治療床使驗(yàn)證影像與計(jì)劃影像相匹配，多數(shù)情況下這個(gè)過(guò)程是自動(dòng)完成的，圖像配準(zhǔn)結(jié)果的好壞與治療床的移位精度密不可分。MIMI模體的5個(gè)不同表面均嵌有6個(gè)直徑為1 mm的鋼珠，其中1個(gè)鋼珠處于其余5個(gè)鋼珠的離軸位置。以處于離軸位置的鋼珠為參考，分別獲取MV和KV的前后位及側(cè)位影像，并與其DRR圖像進(jìn)行2D/2D配準(zhǔn)，檢查配準(zhǔn)結(jié)果是否與治療床移位的實(shí)際結(jié)果相符。CBCT三維驗(yàn)證治療床精度，同樣以處于離軸位置的鋼珠作為參考，執(zhí)行CBCT掃描，獲得的CBCT圖像與計(jì)劃圖像進(jìn)行3D/3D配準(zhǔn)[9-10]，驗(yàn)證治療床三維方向的移位精度。

圖2 用MIMI模體進(jìn)行KV驗(yàn)證（A）和CBCT三維驗(yàn)證（B）

2 結(jié)果

MIMI模體執(zhí)行每周1次持續(xù)6個(gè)月共24次的測(cè)量驗(yàn)證結(jié)果（圖3）。MV驗(yàn)證、KV驗(yàn)證、CBCT驗(yàn)證及治療床精度驗(yàn)證在橫側(cè)位方向（LAT）、進(jìn)退床方向（LNG）和升降床方向（VRT）的誤差結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 MIMI模體測(cè)量驗(yàn)證Truebeam加速器影像系統(tǒng)及治療床移床精度結(jié)果（mm）

通過(guò)持續(xù)6個(gè)月的測(cè)量驗(yàn)證，Truebeam加速器影像系統(tǒng)幾何中心各方向上誤差和治療床移床誤差均值未超過(guò)1 mm，根據(jù)美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)（AAPM）第142號(hào)報(bào)告的建議，開(kāi)展立體定向放射治療手術(shù)和體部立體定向放射治療的加速器影像系統(tǒng)幾何中心誤差和治療床移床誤差應(yīng)小于1 mm。

3 討論

加速器影像驗(yàn)證系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，各部分配件通過(guò)機(jī)械臂搭載，平時(shí)不需要用到影像系統(tǒng)時(shí)，機(jī)械臂收回處于待命狀態(tài)，當(dāng)患者需要進(jìn)行圖像驗(yàn)證時(shí)，機(jī)械臂伸出到達(dá)系統(tǒng)校準(zhǔn)的預(yù)定位置（機(jī)器等中心），執(zhí)行圖像驗(yàn)證。質(zhì)量保證的目的是保證影像驗(yàn)證系統(tǒng)能夠精確到達(dá)預(yù)定位置，為患者提供準(zhǔn)確可靠的驗(yàn)證影像。根據(jù)AAPM第142號(hào)報(bào)告中的質(zhì)量保證建議要求[11]，本研究利用MIMI模體對(duì)Truebeam加速器影像系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)的測(cè)量驗(yàn)證工作，并持續(xù)觀察了6個(gè)月的測(cè)量驗(yàn)證結(jié)果，Truebeam影像系統(tǒng)在各個(gè)方向上的誤差均值小于1 mm，治療床的移床誤差在各個(gè)方向上的平均值均小于1 mm。AAPM第142號(hào)報(bào)告建議，開(kāi)展立體定向放射治療手術(shù)和體部立體定向放射治療技術(shù)，影像系統(tǒng)的中心與照射野的中心一致性和治療床移床的誤差范圍不能超過(guò)1 mm，對(duì)于調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)，不能超過(guò)2 mm。

從MIMI模體執(zhí)行每周1次持續(xù)6個(gè)月共24次的測(cè)量驗(yàn)證結(jié)果中可以觀察到，Truebeam加速器影像系統(tǒng)幾何中心及治療床移床誤差均比較穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)較大幅度的偏差，建議Truebeam加速器影像系統(tǒng)幾何中心及治療床移床誤差的質(zhì)量保證可以每月進(jìn)行1次測(cè)量驗(yàn)證，不需要每周均進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證。通常情況下，影像系統(tǒng)的幾何中心精度受機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)精度的影響，尤其在機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械臂的穩(wěn)定性也應(yīng)納入常規(guī)質(zhì)量保證當(dāng)中，定期對(duì)影像系統(tǒng)機(jī)械臂進(jìn)行校準(zhǔn)和保養(yǎng)也極其重要[12-13]。此外，影像設(shè)備進(jìn)行維修或保養(yǎng)后要對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量保證檢測(cè)，誤差范圍符合要求后方可投入使用。

對(duì)于Truebeam加速器影像系統(tǒng)幾何中心的測(cè)量驗(yàn)證，經(jīng)常用到的還有Cube模體和IsoCal模體，Cube模體可以通過(guò)拍攝正側(cè)位驗(yàn)證片來(lái)確認(rèn)KV和MV影像設(shè)備的幾何中心，IsoCal模體則通過(guò)弧形掃描來(lái)確認(rèn)其影像系統(tǒng)的幾何中心[14]，Cube模體和IsoCal模體測(cè)量驗(yàn)證結(jié)果和MIMI模體得到的結(jié)果相符。然而，MIMI模體用于質(zhì)量保證程序會(huì)更加全面，它除可以對(duì)影像系統(tǒng)的幾何中心進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證外，還可以對(duì)激光定位系統(tǒng)和治療床移床精度進(jìn)行常規(guī)的質(zhì)量保證。

總之，影像系統(tǒng)的質(zhì)量保證是精確放射治療的前提，但往往被忽略，定期對(duì)其執(zhí)行質(zhì)量保證程序極為關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)Truebeam加速器影像系統(tǒng)的質(zhì)量保證結(jié)果可見(jiàn)，其幾何中心及治療床的移床精度安全可靠，并建議其幾何中心及治療床移床誤差的質(zhì)量保證可以每月進(jìn)行一次測(cè)量驗(yàn)證，不需要每周都進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證。

圖3 影像系統(tǒng)在LAT、LNG和VRT方向的測(cè)量驗(yàn)證結(jié)果

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（本文編輯張春輝）

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 遜

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

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2015年 第23卷 7期：557-560

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(7): 557-560