IGRT加速器的验收与QC初探

沐金明 胡强

(常州市第一人民医院 江苏常州 213003)

IGRT加速器的验收与QC初探

沐金明 胡强

(常州市第一人民医院 江苏常州 213003)

目的 随着计算机技术和图象融合技术的发展,放射治疗设备有了新一轮的发展,带来了技术上的革新-IGRT技术。本文通过设备的安装验收来分析IGRT设备的安装与QC。方法 利用参与医科达对医院实例和实验的研究,探索IGRT的应用优缺点。结果 IGRT技术有效提高治疗精确度,对设备和使用人员提出更高的QC要求。结论 IGRT技术发展离不开尖端的设备和正确的QC支持,能为肿瘤精确放疗提供新的方法和尝试。QC为放疗质量提供保证与支持。

放射治疗 IGRT 放疗设备 QC

放射治疗作为肿瘤治疗的三大手段之一,在肿瘤的治疗上发挥着不可替代的作用。随着人们对肿瘤治疗方法研究的深入和计算机技术的飞速发展带来的医学影像技术的革新,各种复杂的治疗技术在临床上得到推广和普遍应用,同时也对治疗的精度提出了更高的要求。

IGRT是一种四维的放射治疗技术,它在三维放疗技术的基础上加入了时间因素的概念,充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差,如呼吸和蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等方面的情况,在患者进行治疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控,并能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区,使之能做到真正意义上的精确治疗。

影像引导放射治疗(IGRT)是近年来放射肿瘤学领域最先进的治疗技术.通过新型IGRT系统,将影像获取、治疗计划设计、CT模拟定位及加速器治疗完美地整合到一套放疗系统之中,以精确实施放射治疗。目前IGRT设备主要有传统直线加速器结合影像系统、断层放射治疗机和影像引导的立体定向治疗机。包括使用超声设备、治疗室CT、加速器CT、容积CT和CT加速器(断层治疗)以及利用在加速器上匹配的X线成像系统、电子射野影像系统(EPID)等设备在每次治疗时进行位置和剂量强度验证等。

表1 机械结构精度参考结果

图1 分辨率测试卡

此类设备安装使用,对于质量控制要求很高,需要专业的QC程序和验收方法。为此在导师带领下做了有关的尝试和探索。

1 临床资料

本次实验使用elekta-synergy IGRT加速器,参考医科达公司验收手册、中华人民共和国国家标准、CE标准,使用三维水箱、MV级胶片、黑度计、色阶、水模型等。

主要是实验和理论的误差分析,精度要求和图象设备验收指标。

2 结果

2.1 机械结构精度的QC

加速器等中心的精度是关键所在,它直接影响病人的治疗效果。病灶靶区的确定,计划的精心设计,最终都要靠加速器执行,因此治疗前必须认真调试加速器等中心使其达到治疗要求。

等中心:是指加速器的三个旋转轴必定有一个球和三轴相切,此球即为等中心。

图2 7～12MV分辨率

图3 4～6MV分辨率

图4-1 2D低对比分辨率测试方法

图4-2 测试卡结构

辐射头旋转:辐射头旋转轴与等中心的误差。

机架旋转:机架旋转轴与等中心的误差。

床旋转:床旋转轴与等中心的误差。

检测得:加速器等中心精度在±0.5mm、小机头旋转精度在±0.3mm、机架旋转精度±0.2mm、床旋转精度±0.2mm、床升降误差±0.8mm、床平移误差±0.7mm、MLC到位精度±0.1mm。(表1）。

2.2 MV级影像系统

电子实时定位检验成像系统(EPID)是目前应用较多的用于分析放疗质控的工具EPID是拍片验证的电子化方法,是IGRT最直接和最基础的解决方案。非晶硅平板型EPID是IGRT。家族中的新成员,它在高能X线影像质量方面的突破非常明显。由于获取和显示影像的速度更快,获取每幅图像只需2MU,这样患者受照剂量就比原来减少了50%。但其质量控制需要做一系列的测试以确定影象质量的品质。

检测项目:2D低对比分辨率、视野、2D空间分辨率。

如图1:使用色阶卡测试2D空间分辨率（图1)。

使用如图1测试卡,在7MV～12MV条件,2MU曝光得如下图象(图2)。

使用如图1测试卡,在4～6MV条件,2MU曝光得如下图象(图3)。

2D低对比分辨率测试方法:如图4,我们将测试卡1放在加速器床面等中心处,在其表面放置1mm CU板,出束2MU。(如图4-1、4-2)

测试获得2D低对比分辨率测试盘的两部分一部分是清晰的,另一部分是低对比的。其输出线如下表。(表2）。

2.3 XVI锥形束CT影像系统

随锥形束CT(Cone-Beam CT,CBCT)技术的诞生,目前利用电子验证影像设备(electronic portal imaging devices,EPID)与治疗用X线束在治疗体位状态下对患者进行三维成像,并根据所获影像进行电子密度校准,已逐渐在临床上获得应用.在IGRT平台下,医用加速器集成了KV级的锥形束CT,它能够获取病人在治疗时的解剖信息。在当前临床应用中,首先把定位CT获得的三维病人数据与在线采集的锥形束CT数据进行图像登记,得出病人真实摆位与做计划用的摆位之间的相对位移信息。然后调整治疗床的位置,实现更精确的治疗。

表2 2D低对比分辨率测试结果[例（%)]

表3 利用CTP503测试结果

图5

图6

表4 测的三次中心的平均像素值结果对比

因此对于图象的要求在QC方面具有很高的要求。CT图象的分辩率分空间分辩率(spatial resolution)和密度分辩率(contrast resolution),是判断CT性能和说明图像质量的两个指标。前者是指密度分辨率＞10%时,影像中能显示的最小细节;后者是指能分辨组织之间最小密度差异。

在医院配合下做了空间分辩率和密度分辩率测试:

3D低对比分辨率测试

低对比分辨率:又称密度分辨率,是指在低密度对比情况下,能分辨组织之间最小密度差异(图5)。

如图5是测试水模

我们利用CTP503测得如下表结果(表3）。

以此,计算的值为1.8%。

3D空间分辨率

CT机的空间分辨率是指在高对比度的情况下,区分距离很近的两个微小物体的能力。测定空间分辨率应在无躁声的条件下进行,即用高密度的物体(大部分CT机都有随机带来的测试模块)来测定。空间分辨通常随影像部位而有明显变化,因此应在CT扫描视野的中心和边缘分别进行测定,其次不同日期的测量结果是机器性能重复性的依据。CT影像的空间分辨率主要取决于检测器空隙的宽度、X线管的焦点尺寸、病人与检测器的相对位置等,而与X线剂量大小无关（图6)。

空间分辨率水模CTP503,我们用它来测量空间分辨率。根据图6-1我们可以分辨线对7以上,大约在8～9对之间。

3D图象重复一致性

我们测的三次中心的平均像素值,计算出偏差要求＜2%。(表4）。

2.4 射线剂量学测量

射线剂量的测试是放疗质量保证的最重要方面,于是变化较快的方面,需要及时的校正。

(1)绝对剂量的校正即医用电子加速器输出剂量,绝对剂量是指机器出束量的单位MU和射线量单位Gy的对应关系。通常我们将1MU校正等于1cGy,误差在±2%之内。电子束输出剂量稳定性,偏差在3%之内,X线输出剂量稳定性,偏差在3%之内。医用电子加速器输出剂量的短期稳定性、1d稳定性和1周稳定性变化分别我们测得为0.13%、0.12%和0.21%。

(2)平坦度和对称性的测试。要求X线平坦度和对称性,偏差在3%之内,电子束平坦度和对称性,偏差在3%之内。

再次是光野与射野的重合性的检测。我们测的在1mm以内。

3 讨论与经验

加速器的机械精度是一切治疗的基础,因此做好这些测试是一切QC的源头和关键。机械的经度直接影响摆位误差和系统误差。肿瘤医院的实践经验表明摆位误差在机械较准后可以提高摆位精度在0.5mm左右。建议在做机械精度QC时候要减少黑度计误差引起的系统误差增大的发生。平时在医院做QC时注意小机头旋转的精度检查,注意使用慢感光胶片,不可以使用一般胶片。床精度的QC要注意旋转的变化,及时做好校正。床平移的变化比较小,检查频率可以适当降低。

MV级图象有较好的空间分辨率和密度分辨率,完全可以符合图象引导放疗的需要。

CT图像均一性较好,图像边缘均一致性略差;空间分辨率达8对;体模锥形束CT图像的CT值具有较好的准确性和稳定性;几何学精度较高;低对比度分辨率为3.5%,对比度0.93mm;等中心焦点的辐射剂量为(2.97±0.19)cGy。锥形束CT图像均匀性好,有较准确而稳定的CT值,几何精度高,辐射剂量低,但低对比度分辨率欠佳。锥形束CT可以实现肿瘤和软组织成像,是图像引导放疗的有效工具。

我们测得加速器的医用电子加速器输出剂量稳定性非常好,平坦度和对称性偏差小,光野与射野的重合性好,适合做精度要求比较高的IGRT治疗。

4 结语

IGRT加速器是比较新的技术,需要严格的质量控制才能保证其发挥作用。我们通过各方面的质量保证和验收,能够较好的提高放疗的精确度提高靶区剂量。只有做好加速器的验收和质量控制才能让IGRT加速器更好的发挥其精确放疗功能,为更多患者提供准确、安全、高效的治疗方案和解决方法。通过我们共同努力,我们能战胜病魔,提高生活的质量！

[1]顾本广.医用加速器新发展[M].见:顾本广,主编.医用加速器[M].北京:科学出版社,2003:594.

[2]de Neve W,Heuvel F,De Beukeleer M,et al.Routine clinical online portal imaging followed by immediate field adjustment using a tele-controlled patient couch[J].Radiother Oncol,1992,24:45～54.

[3]胡逸民.调强适形放射治疗QA与QC[A].见:胡逸民,主编.肿瘤放射物理学[M].北京:原子能出版社,1999:594.

[4]Hu YM,DM JR,Hu B.The precision and accuracy analysis of target position in X-ray stereotactic radiotherapy for extracranial lesions.In:Internation symposium of stereotactic radiosurgery (SRS/SRT)[M].Taejon:Chungnam National University Hospital,1997.

[5]Yan D,Vicini F,Wong J,et al.Adaptive radiation therapy[J].Phys Med Biol,1997,42:4123～4132.

[6]Birkner M,Yan D,Alber M,et al.Adapting inverse planning to patient and organ geometrical variation algorithm and implementation[J].Med Phys,2003,30:2822～2831.

[7]Martinez AA,Yan D,Lockman D,et al.Improvement in dosw escalation using the process of adaptive radiotherapy combined with three-dimensional conformal or intensity-modulated beams for prostate cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2001,50:1226～1234.

[8]Wong JW,Sharpe MB,Jaffray DA,et al.The use of active breathing control (ABC) to reduce margin for breathing motion[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1999,44:911～919.

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1674-0742(2011)12(a)-0007-03

2011-09-14