CT模擬定位機的調(diào)試與驗收

蘇潔洪，賴傳萬

廣州中醫(yī)藥大學(xué)金沙洲醫(yī)院放療中心 (廣東廣州 510080)

CT模擬定位機適用于放射治療中患者的模擬定位，可用來進(jìn)行皮膚標(biāo)記、CT掃描、將圖像傳輸?shù)絋PS及CT值與電子密度的轉(zhuǎn)換，其中任何一個步驟出現(xiàn)問題均會引起治療誤差，因此，需要對安裝好的CT模擬定位機進(jìn)行調(diào)試、檢測，以確保其性能的精確性，并且需要定期進(jìn)行質(zhì)量保證與質(zhì)量控制[1]。美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)針對CT模擬定位機質(zhì)量保證的TG-66號報告中為物理師提供了一個綜合、全面的框架與引導(dǎo)，以用于CT模擬定位機的調(diào)試、驗收和質(zhì)量保證[2]。該研究根據(jù)AAPM TG-66號報告對本科室的西門子模擬定位CT進(jìn)行調(diào)試與驗收，具體如下。

1 劑量測量

雖然放射治療患者從CT模擬定位中獲得的輻射劑量與放射治療劑量相比微不足道，但是，CT模擬定位機的劑量測量仍是初始調(diào)試和驗收的一部分內(nèi)容。行CT掃描患者的劑量通過測量CT劑量指數(shù)(CT dosage index，CTDI)評估，通常使用CT劑量測量的頭部或體部模體和電離室來實現(xiàn)。

測量CTDI時，將模體水平放置在CT床面上，對準(zhǔn)CT激光燈，將CT筆形電離室插入模體中，然后進(jìn)行軸掃描，CTDI100用以下公式計算：

其中，CTDI100是用100 mm長的電離室測量的CT劑量指數(shù)(cGy)；Rdg是靜電計讀數(shù)；Ctp是溫度和氣壓校正因子；Kel是靜電計校準(zhǔn)因子(C/rdg)；Nx是電離室的照射量校準(zhǔn)因子(R/C)；100 mm是電離室的長度；fmed是F因子，用于將空氣中的照射量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)中的吸收劑量，CTDI100的F因子定義為0.87。

CTDI100反映的是某個點的劑量，為了解決X線劑量在體內(nèi)的不均勻性，反映人體接受的真實劑量，人們又提出了加權(quán)CT劑量指數(shù)CTDIw，描述CT掃描某一斷層平面上的平均劑量，用以下公式計算：

自螺旋CT問世后，需要考慮螺距對掃描劑量的影響，容積CT劑量指數(shù)CTDIvol是描述多排(層)螺旋CT在整個掃描容積范圍內(nèi)的平均輻射劑量(用來表示具體檢查協(xié)議的劑量具有重要的意義)，用以下公式計算：

劑量長度乘積(dose-length product，DLP)用來表示在給定掃描協(xié)議下，一次完整的容積掃描的總的輻射吸收劑量，用以下公式計算：

DLP(mGy·cm)=CTDIvol(mGy)×掃描長度(cm) (4)

測量的劑量隨著管電壓、管電流、層厚、掃描時間、射束濾過等參數(shù)的變化而變化，CTDI通常在一系列標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)下測量，制造商通常會提供校正因子表，用來校正標(biāo)準(zhǔn)掃描參數(shù)下的CTDI和預(yù)期掃描參數(shù)下的CTDI，CTDI的容差限值為廠商規(guī)定的±20%。

2 輻射防護安全

由于在CT模擬定位過程中對醫(yī)務(wù)人員和公眾的輻射必須低于監(jiān)管限制，因此，初裝機時需要檢測CT機房周圍的輻射水平。因為CT模擬定位機本身已經(jīng)屏蔽了主要的輻射，成像平面以外的主要輻射是散射線，所以CT機房的防護設(shè)計主要用于屏蔽散射線。

CT機房的防護評估應(yīng)在成像平面中放置成分和大小與骨盆區(qū)域近似的模體，掃描時應(yīng)使用最大可能的曝光條件(即最大層厚和最高掃描電壓)，測得的瞬時曝光水平與CT機的mAs成正比。典型的調(diào)研程序包括以下設(shè)置：管電壓140 kV，準(zhǔn)直器開口寬10 mm，管電流200 mAs，且曝光時間足夠長，足以用測量儀測量到穩(wěn)定的輻射量。如美國國家輻射防護和測量委員會(National Council on Radiation Protection and Measurements，NCRP)第49號報告所述，CT出射線后首先應(yīng)用G-M計數(shù)管測量評估所有墻壁、門、窗的防護完整性，一旦防護完整性得到了驗證，最高輻射水平的位置被發(fā)現(xiàn)，測量儀即可以用來測量連續(xù)曝光。CT模擬定位機房屏蔽體外表面0.3 m處，劑量當(dāng)量率控制目標(biāo)應(yīng)不大于2.5 μSv/h[3]。NCRP推薦的輻射水平限值或適用的范圍，公眾為1 mSv/年，職業(yè)照射為20 mSv/年。

3 機電部件性能

CT模擬定位機的機電組件是否正常運行影響著患者的掃描安全性和準(zhǔn)確性。CT模擬定位機通常配備有外部激光燈，不僅可用于患者的治療定位，確保擺位準(zhǔn)確，而且可用于在患者皮膚上做定位標(biāo)記。CT的外部激光燈由CT機架激光燈、兩側(cè)壁掛激光燈和天花板上可移動的矢狀激光燈3個獨立部分組成，其中兩側(cè)壁掛激光燈定義冠狀和橫斷軸向平面，并且安裝在預(yù)先設(shè)定的固定距離(通常與成像平面相距500 mm)，天花板上可移動的激光燈定義矢狀軸向平面。

3.1 激光燈

激光燈的性能調(diào)試檢測有以下幾點要求：(1)機架激光燈應(yīng)準(zhǔn)確地定義CT機架孔徑內(nèi)的成像平面，即將iso-align模體對準(zhǔn)激光燈，然后用0.5 mm層厚掃描，如果出現(xiàn)如圖1所示，CT圖像0層面顯示所有的金屬小球大小均相同，十字線剛好位于小球中間，則機架激光燈準(zhǔn)確地定義了CT成像平面；(2)機架激光燈應(yīng)與CT模擬定位機成像平面平行且正交，并交匯于成像平面的正中心；(3)兩側(cè)垂直激光燈與CT成像平面有準(zhǔn)確的空間位置，即如果上述(1)調(diào)試好后，則出床，檢測兩側(cè)垂直激光燈位置是否與CT成像平面有準(zhǔn)確的空間位置關(guān)系(兩側(cè)壁激光燈通常設(shè)置成與成像平面相距500 mm)；(4)兩側(cè)壁激光燈與成像平面平行且正交，并應(yīng)在與成像平面中心共同入射的點處相交，即如果上述(1)調(diào)試好后，上下、左右移動床時，在整個運動范圍，兩側(cè)壁激光燈和天花板激光燈應(yīng)沿著iso-align模體的對準(zhǔn)線移動，表明兩側(cè)壁激光燈與成像平面平行且正交；(5)天花板激光燈(矢狀)垂直且與成像平面正交，即上下、左右移動床時，在整個運動范圍，矢狀激光燈應(yīng)始終對齊iso-align模體的中間線，表明矢狀激光燈與成像平面正交；(6)天花板激光燈(矢狀)運動應(yīng)是精確的、線性的且可以重復(fù)的。

3.2 床和床面

CT床面涉及擺位準(zhǔn)確性和擺位重復(fù)性，不精確的床面會導(dǎo)致圖像的空間形變。床和床面的性能檢測有以下幾點要求：(1)床面應(yīng)水平并且與成像平面垂直正交，即用水平儀檢測床面水平情況，將iso-align模體放置在CT床上掃描，如果出現(xiàn)如圖1所示，CT圖像0層面顯示所有的金屬小球大小均相同，則表示床面與成像平面垂直正交；(2)垂直和縱向運動的數(shù)字顯示精確并可重復(fù)；(3)掃描機控制下床的位置和運動應(yīng)準(zhǔn)確，即檢測掃描機控制下床的位置和運動準(zhǔn)確性，放置一張膠片在CT床上，用預(yù)先設(shè)定好的間距對膠片進(jìn)行窄束掃描，膠片上條紋之間的間距對應(yīng)掃描的間距，可以通過將上述膠片重復(fù)照射2次來檢查床移動的重復(fù)性；(4)床面應(yīng)不包含任何不需要的會產(chǎn)生偽影的附件；(5)檢測CT床負(fù)重70 kg時，床頭的沉降應(yīng)小于2 mm，床縱向水平應(yīng)小于0.2°。

圖1 iso-align模體與其CT圖像

3.3 機架傾斜角

CT模擬定位機一般不用機架傾斜掃描，但必須保證機架傾斜0°與床面垂直正交，并且傾斜后能準(zhǔn)確返回標(biāo)稱垂直成像平面。

3.4 從定位圖像確定掃描位置的精確性

從定位圖像確定精確的掃描體積和掃描位置(應(yīng)精確到1 mm以內(nèi))，對于臨床掃描非常重要，在掃描質(zhì)量保證測量的模體或劑量設(shè)備時，此功能尤其重要。

4 圖像質(zhì)量

圖像質(zhì)量直接影響識別和描繪放射治療計劃中靶區(qū)體積和周圍關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的能力，質(zhì)量不佳可能會導(dǎo)致靶區(qū)體積的一部分缺失或正常結(jié)構(gòu)錯誤地描繪為靶區(qū)體積，從而導(dǎo)致嚴(yán)重錯誤，所以，CT模擬定位機安裝好后應(yīng)做好CT圖像質(zhì)量方面的調(diào)試檢測及定期質(zhì)量控制工作，從而使CT模擬定位的圖像性能盡可能保持最佳。圖像質(zhì)量調(diào)試檢測包括以下幾個部分。

4.1 像素值的隨機不確定性(噪聲)

理想情況下，用CT掃描一個均勻模體，應(yīng)該在圖像中獲得具有均勻的單一的像素值(CT值)；實際上，均勻模體的CT圖像中CT值并不均勻，像素強度的變化具有隨機性和系統(tǒng)性。圖像不均勻性的隨機因素即噪聲，噪聲用均勻模體中感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)內(nèi)像素值的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)來描敘，單位可以是CT值(Hu)。

噪聲的檢測方法：通過掃描一個水模體來測試CT的隨機噪聲是否超過制造商的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 射野均勻度

射野不均勻也會給圖像帶來偽影，受機器設(shè)計影響，射束硬化或圖像重建軟件導(dǎo)致的圖像偽像可以表現(xiàn)為系統(tǒng)性的CT值變化。掃描一個均勻模體并在固定的區(qū)域上畫一個ROI采樣平均HU值，可以量化系統(tǒng)差異的存在，該過程被稱為射野均勻度測試。

射野均勻度的檢測方法：掃描一個水模體，CT圖像應(yīng)該無系統(tǒng)偽影、無條索狀，且應(yīng)均勻，在圖像上下左右中間畫5個ROI，5個平均HU值差異應(yīng)在5 HU以內(nèi)。

4.3 水的CT值

CT模擬定位獲得的圖像用于劑量分布計算，這些計算通常依賴于CT圖像中包含的相對物理密度或電子密度，該信息是從CT圖像中的CT值到密度的轉(zhuǎn)換，這種關(guān)系通常取決于CT機，因此，不準(zhǔn)確的CT值會導(dǎo)致劑量計算不準(zhǔn)確。計劃系統(tǒng)中的電子密度表通常都是通過掃描電子密度模體得到。

水的CT值的檢測方法：掃描一個水模體來驗證水的CT值的準(zhǔn)確性。

4.4 CT值的線性

CT值的線性是指物質(zhì)的CT值是否與其對X線的吸收系數(shù)成一次函數(shù)關(guān)系。

CT值的線性的檢測方法：掃描catphan模體，在模塊CTP401中每個圓柱體中心處生成面積相同的圓形ROI，記錄CT值的平均值與已知的數(shù)值進(jìn)行比較。

4.5 CT圖像的空間線性距離

放射治療計劃依賴于CT圖像中患者的尺寸數(shù)據(jù)和形狀的準(zhǔn)確(包括外部皮膚輪廓和器官)，圖像失真可能會導(dǎo)致劑量錯誤和治療位置錯誤，CT圖像應(yīng)在±1 mm范圍內(nèi)準(zhǔn)確地再現(xiàn)真實的患者解剖結(jié)構(gòu)，在整個掃描野內(nèi)無空間扭曲和失真。

CT圖像的空間線性距離的檢測方法：掃描catphan模體，在模塊CTP401中有4個半徑為1.5 mm的圓柱體，相鄰圓柱體之間的距離為5 cm，測量4個圓柱體之間的距離，觀察是否為5 cm，誤差范圍為1 mm。

4.6 CT圖像的層厚

CT模擬定位時必須保證掃描層厚的準(zhǔn)確性，圖像層厚的誤差范圍為±0.2 mm。

CT圖像的層厚的檢測方法：掃描catphan模體，在CTP401模塊中有2組夾角為23°的金屬斜線，首先將圖像的窗寬值設(shè)置為1，調(diào)節(jié)窗位，使圖像上的金屬斜線影像恰好消失，然后畫一個ROI，計算金屬斜線影像測量窗位，即窗位值為(MAX-SD)/2+SD，最后將窗寬值設(shè)置為1，調(diào)節(jié)窗位值至(MAX-SD)/2+SD，測得金屬斜線長度L，根據(jù)三角函數(shù)的計算方法得到圖像層厚d=L×tan23，圖像層厚的誤差范圍為±0.2 mm。

4.7 CT圖像的空間分辨率

空間分辨率是用于評估圖像系統(tǒng)的常用參數(shù)，可用于描繪成像系統(tǒng)中，區(qū)分緊密連在一起的兩個非常小的物體的能力，又被稱作高對比度分辨率。

CT圖像的空間分辨率的檢測方法：掃描catphan模體，在1～21 Lp/cm，檢測出來的空間分辨率應(yīng)達(dá)到制造商規(guī)定的規(guī)格。

4.8 CT圖像的對比度分辨率

對比度分辨率被定義為CT機區(qū)分兩個體積相對很大但密度與背景相差很小的物體的能力，又被稱作低對比度分辨率，通常使用包含不同大小的低對比度對象的模體來評估。

CT圖像的對比度分辨率的檢測方法：掃描catphan模體，在CTP528模塊中包含內(nèi)外兩層圓柱體，每層圓柱體又包含3組不同對比度和直徑的圓柱形桿，對比度分別對應(yīng)1%、0.5%、0.3%，以測量低對比度性能，檢測出來的對比度分辨率應(yīng)達(dá)到制造商規(guī)定的規(guī)格。

5 結(jié)束語

CT模擬定位是實施放射治療的重要環(huán)節(jié)，精確的模擬定位能夠減少放射治療的誤差，因此，對CT模擬定位機的調(diào)試檢測非常重要。上述介紹的檢測項目和檢測方法是對CT模擬定位機進(jìn)行調(diào)試與驗收的主要要求。實際工作中，除了做好機器初次安裝后的調(diào)試與驗收工作，還應(yīng)做好機器的定期質(zhì)量保證工作。隨著影像技術(shù)和放射治療的不斷進(jìn)步，CT模擬定位機的調(diào)試檢測與質(zhì)量保證檢驗項目也會發(fā)生相應(yīng)的變化[4]，但保證放射治療計劃精確的執(zhí)行應(yīng)該始終是放射治療物理師必須重視的工作內(nèi)容。