西門子大孔徑CT模擬定位機(jī)的穩(wěn)定性測試

曾華驅(qū)，溫尊北，陳宗友，林啟富，梁柱，湯樹奎

高州市人民醫(yī)院 放療中心，廣東 高州 525200

引言

本科室新引進(jìn)的西門子大孔徑CT模擬定位機(jī)由一臺(tái)帶有水平床面的CT掃描儀，患者定位和標(biāo)記用的激光系統(tǒng)，CT模擬/3D治療計(jì)劃軟件以及各種硬拷貝輸出設(shè)備組成。筆者對(duì)其性能進(jìn)行穩(wěn)定性測試，檢查其性能是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)，是否滿足放射治療模擬定位的要求，從而確保病人準(zhǔn)確的病灶靶區(qū)和正常關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的勾畫，并希望能為同行提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

本次測試使用材料包括水平尺、標(biāo)有刻度的標(biāo)尺（長40 cm）、體模支架和體模組，100 kg的病人當(dāng)量負(fù)荷。按水體?！獢鄬雍穸润w?！饘俳z體?！蛐误w模順序?qū)Ⅲw模和體模支架一起安裝在檢查床的頭端如圖1所示，所用的體模如圖2所示。

圖1 體模安裝

圖2 體模構(gòu)造

1.2 檢測方法

斷層厚度測試、CT值和均勻性測試、像素噪聲測試全都在頭部和體部兩種測試模式下進(jìn)行，空間分辨率測試除了頭部和體部測試模式外，還包括超高分辨率（Ultra High Resolution，UHR）合成的最銳利模式。各種測試模式的測試參數(shù)如表1所示。測試結(jié)果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照國家法規(guī)[1]和國際行業(yè)文件[2-4]。

1.2.1 定位燈和定位像測試

在激光定位燈測試中，系統(tǒng)體模居中并對(duì)準(zhǔn)，以使激光燈與體模上的凹槽相吻合。通過使用窄準(zhǔn)直器掃描所得的體模圖像，來測試凹槽與掃描平面以及矢狀面和冠狀面的相合性。在系統(tǒng)體模的定位像圖像中，選擇使用窄準(zhǔn)直器的定位像掃描位置對(duì)準(zhǔn)體模上的凹槽。通過錄制的體模定位像圖像來檢查凹槽與掃描平面的相合性。

在圖像區(qū)內(nèi)，體模在圖像中顯示為一個(gè)圓。對(duì)于激光定位燈測試，使短條和長條位于12點(diǎn)鐘位置十分重要（圖3）。激光燈精確度允許的誤差范圍取決于放射治療的目標(biāo)和治療過程中要求的準(zhǔn)確性程度。對(duì)于三維適形和調(diào)強(qiáng)技術(shù)以及立體定向放射治療技術(shù)，誤差應(yīng)該控制在1 mm以內(nèi)。

圖3 體模圖像

1.2.2 斷層厚度測試

通過測量鋁斜面在斜面與斷層相交處的圖像寬度，來評(píng)估斷層截面的厚度。寬度定義為基線校正CT值分布圖的半高全寬。充分考慮重建卷積核和錐角對(duì)測得的寬度的影響。測量時(shí)使用典型頭部模式和典型體部模式。至少對(duì)兩個(gè)外部斷層和一個(gè)中心斷層進(jìn)行評(píng)估。通常用于放射治療應(yīng)用的CT掃描層厚一般為3～5 mm，本次選擇5 mm層厚條件進(jìn)行斷層厚度測試，要求誤差≤1 mm。

1.2.3 CT值和均勻性測試

方法：測量使用典型頭部模式和典型體部模式。通過測量直徑為20 cm的圓柱形水體模圖像中的五個(gè)感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）所含的平均CT值，來評(píng)估水的CT值和均勻性。ROI位于水體模中央以及靠近邊緣的12點(diǎn)鐘、3點(diǎn)鐘、6點(diǎn)鐘和9點(diǎn)鐘位置。水的CT值是中心ROI所含的CT值，均勻性是各個(gè)外部ROI與中心ROI之間的差異。誤差范圍應(yīng)在（0±5） HU以內(nèi)。

表1 各種測試模式的測試參數(shù)

1.2.4 執(zhí)行像素噪聲測試

方法：測量使用典型頭部模式和典型體部模式。通過測量直徑為20 cm的圓柱形水體模圖像的ROI所含的CT值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，來評(píng)估圖像噪聲。ROI位于體模中央。要消除圖像不均勻性和環(huán)狀偽影的影響，應(yīng)對(duì)兩個(gè)連續(xù)掃描的不同圖像進(jìn)行評(píng)估，將測得的結(jié)果與廠家定義的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。西門子廠家定義在典型頭部模式和典型體部模式測試條件下，測量20 cm水模體圖像中的噪聲的誤差范圍分別為3.6 HU±10%，4.2 HU±10%。

1.2.5 執(zhí)行調(diào)制傳輸函數(shù)測試以評(píng)估空間分辨率

通過評(píng)估處于掃描平面中心并沿掃描系統(tǒng)軸平行的塑料桿上的細(xì)鎢絲形成的圖像，可確定高對(duì)比度分辨率。從鎢絲圖像中可獲得點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)并計(jì)算調(diào)制傳輸函數(shù)（Modulation Transfer Function，MTF）作為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的傅立葉變換。MTF的50%和10%值將被評(píng)估。頭部模式和最銳利模式只測量層厚2。測量時(shí)使用三組掃描參數(shù)，分別代表典型頭部模式、典型體部模式、無超高分辨率合成的最銳利模式，將測得的結(jié)果與廠家定義的參考值比較，不同測試模式下廠家定義的MTF參考值如表2所示。

表2 廠家定義的MTF標(biāo)稱值（LP/cm）

1.2.6 執(zhí)行檢查床位置測試

檢查床位置測試是在沒有曝光的情況下進(jìn)行的，將一標(biāo)尺安放在檢查床的可移動(dòng)床面上，并使該標(biāo)尺的0標(biāo)記與檢查床固定架上的一記號(hào)對(duì)準(zhǔn)。在檢查床上放置100 kg的病人當(dāng)量負(fù)載，將水平床位設(shè)置為零，病人檢查床在30 cm的距離上，自動(dòng)向前和向后作連續(xù)的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。每一系列運(yùn)動(dòng)完成之后，使用刻度尺測量距離，偏差應(yīng)不超過1 mm。

2 結(jié)果

2.1 定位燈和定位像測試結(jié)果

定位燈和定位像測試結(jié)果誤差全部為0，表明新安裝的CT模擬定位機(jī)激光定位燈和定位像都很精確。

2.2 斷層厚度測試結(jié)果

斷層厚度測試結(jié)果如表3所示，頭部和體部模式采集到的3幅圖像的層厚結(jié)果誤差都小于0.3 mm，大大低于國家要求的1 mm誤差。

表3 斷層厚度頭部和體部模式測試結(jié)果（mm）

2.3 CT值和均勻性測試結(jié)果

本次測試結(jié)果如表4所示，結(jié)果顯示水的CT值的誤差小于1 HU，均勻性的誤差小于2 HU，滿足國家要求。

表4 CT值和均勻性頭部和體部模式測試結(jié)果（HU）

2.4 執(zhí)行像素噪聲測試結(jié)果

本次測試在頭部模式下測得層厚1、層厚2、層厚3的噪聲值分別為3.66、3.53、3.54 HU。體部模式下測得層厚1、層厚2、層厚3的噪聲值分別為4.04、4.09、4.04 HU?？梢姕y得的結(jié)果在廠家要求的誤差范圍之內(nèi)。

2.5 空間分辨率測試結(jié)果

空間分辨率測試結(jié)果如表5所示，結(jié)果在廠家定義的標(biāo)稱值范圍之內(nèi)。

表5 調(diào)制傳輸函數(shù)MTF測試結(jié)果（LP/cm）

2.6 床位置測試結(jié)果

床位置測試結(jié)果如表6所示，在四個(gè)位置測試床的進(jìn)床和退床精度，結(jié)果顯示偏差都為0。

表6 床位置檢測結(jié)果（mm）

3 討論

本文對(duì)西門子大孔徑CT模擬定位機(jī)的性能進(jìn)行了測試，測試結(jié)果滿足臨床要求。目前國內(nèi)對(duì)CT模擬定位機(jī)的檢測還沒有相關(guān)的行業(yè)規(guī)范，只能夠參照國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)。CT模擬定位機(jī)與常規(guī)診斷CT不同，對(duì)測試結(jié)果的評(píng)價(jià)要充分考慮到放射治療的要求。例如，定位激光燈的準(zhǔn)確性直接影響相對(duì)于患者皮膚標(biāo)記定位治療體積的能力以及患者從CT模擬定位機(jī)到治療機(jī)的定位的可重復(fù)性，斷層厚度的準(zhǔn)確性決定了數(shù)字重建影像（Digitally Reconstructed Radiographs，DRRs）的質(zhì)量，影響治療體積和危及器官的精確勾畫。在放射治療計(jì)劃中，為了從CT圖像計(jì)算治療劑量分布，需要建立相對(duì)電子密度和CT值之間的關(guān)系，因?yàn)榉派渲委熕肵射線能量的主要相互作用是康普頓效應(yīng)[5]，不正確的CT值與電子密度關(guān)系可能導(dǎo)致放射治療劑量計(jì)算錯(cuò)誤。即使CT值準(zhǔn)確，掃描條件和定位床板也會(huì)影響CT-電子密度轉(zhuǎn)換曲線[6]，不同掃描部位的CT值與電子密度轉(zhuǎn)換曲線對(duì)放射治療劑量也產(chǎn)生一定的影響[7]。理想狀態(tài)下CT圖像應(yīng)該沒有系統(tǒng)性偽影，并且均勻體模的圖像應(yīng)該具有統(tǒng)一的外觀，不產(chǎn)生條紋和偽影，即均勻性要足夠好。設(shè)備設(shè)計(jì)、射束硬化或圖像重建軟件導(dǎo)致的圖像偽影都可以表現(xiàn)為系統(tǒng)CT均勻性變化。開機(jī)后預(yù)熱后空機(jī)運(yùn)行一次，選擇恰當(dāng)?shù)膍A值和kV值用于定位，可以使CT圖像的均勻性保持在一個(gè)很好的狀態(tài)[8]。應(yīng)該每天對(duì)放射治療定位用的kVp值進(jìn)行CT值和均勻性測試?，F(xiàn)在大孔徑的CT模擬定位機(jī)在放射治療中得到普及，但隨著孔徑的增加，高對(duì)比度分辨率和圖像噪聲會(huì)下降不少，圖像噪聲決定了肉眼可以區(qū)分的物體對(duì)比度的下限，更小的圖像噪聲可以幫助提高正常結(jié)構(gòu)和腫瘤靶區(qū)勾畫的精度，但圖像噪聲易受管電壓、管電流、掃描層厚和重建算法的影響，圖像噪聲隨管電流和掃描層厚的增加及重建算法卷積核的減小而減小[9-10]?？臻g分辨率最常用的評(píng)估方法是使用具有一定范圍空間頻率的線對(duì)體模進(jìn)行測量或通過調(diào)制傳輸函數(shù)進(jìn)行測量。但不同的廠家對(duì)空間分辨率的評(píng)價(jià)方法不同，柳晶波等[11]討論了64層螺旋CT空間分辨率評(píng)價(jià)方法。本研究選擇MTF=50%的值和MTF=10%的值對(duì)空間分辨率進(jìn)行評(píng)估，因?yàn)槭褂肕TF測量的空間分辨率通常高于使用線對(duì)體模可以觀察到的分辨率，況且用線對(duì)體模測量的空間分辨率可能并不總是能夠滿足制造商的規(guī)格。所以對(duì)空間分辨率的測量最好使用從點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)或邊緣擴(kuò)散函數(shù)經(jīng)過傅里葉變換獲得的調(diào)制傳輸函數(shù)曲線。體模中線對(duì)組的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、加工誤差以及體模的擺放方式都會(huì)以不同的形式和程度對(duì)空間分辨率的檢測結(jié)果產(chǎn)生了影響[12]，這種影響應(yīng)該在日常質(zhì)量保證檢測中引起注意。CT模擬定位機(jī)床面的幾何形狀與放射治療機(jī)的平坦床面相似，床和床面應(yīng)該與斷層平面正交，才能確?？梢栽谥委煓C(jī)上精確地再現(xiàn)掃描定位患者幾何形狀。床位置的不準(zhǔn)確也會(huì)導(dǎo)致掃描圖像空間變形，影響放射治療精確。

總之，要滿足精確放射治療的要求，必須要定期做好CT模擬定位機(jī)的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證。對(duì)CT模擬定位機(jī)進(jìn)行全面穩(wěn)定性檢測是一項(xiàng)復(fù)雜而非常重要的工作，物理師和工程師應(yīng)針對(duì)各項(xiàng)的檢測項(xiàng)目掌握正確的檢測方法，并熟悉影響檢測結(jié)果的各種因素[13-17]，保障醫(yī)療質(zhì)量和安全。