西门子大孔径CT模拟定位机的稳定性测试

曾华驱，温尊北，陈宗友，林启富，梁柱，汤树奎

高州市人民医院 放疗中心，广东 高州 525200

引言

本科室新引进的西门子大孔径CT模拟定位机由一台带有水平床面的CT扫描仪，患者定位和标记用的激光系统，CT模拟/3D治疗计划软件以及各种硬拷贝输出设备组成。笔者对其性能进行稳定性测试，检查其性能是否符合国家标准，是否满足放射治疗模拟定位的要求，从而确保病人准确的病灶靶区和正常关键结构的勾画，并希望能为同行提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料

本次测试使用材料包括水平尺、标有刻度的标尺（长40 cm）、体模支架和体模组，100 kg的病人当量负荷。按水体模—断层厚度体模—金属丝体模—球形体模顺序将体模和体模支架一起安装在检查床的头端如图1所示，所用的体模如图2所示。

图1 体模安装

图2 体模构造

1.2 检测方法

断层厚度测试、CT值和均匀性测试、像素噪声测试全都在头部和体部两种测试模式下进行，空间分辨率测试除了头部和体部测试模式外，还包括超高分辨率（Ultra High Resolution，UHR）合成的最锐利模式。各种测试模式的测试参数如表1所示。测试结果评价标准参照国家法规[1]和国际行业文件[2-4]。

1.2.1 定位灯和定位像测试

在激光定位灯测试中，系统体模居中并对准，以使激光灯与体模上的凹槽相吻合。通过使用窄准直器扫描所得的体模图像，来测试凹槽与扫描平面以及矢状面和冠状面的相合性。在系统体模的定位像图像中，选择使用窄准直器的定位像扫描位置对准体模上的凹槽。通过录制的体模定位像图像来检查凹槽与扫描平面的相合性。

在图像区内，体模在图像中显示为一个圆。对于激光定位灯测试，使短条和长条位于12点钟位置十分重要（图3）。激光灯精确度允许的误差范围取决于放射治疗的目标和治疗过程中要求的准确性程度。对于三维适形和调强技术以及立体定向放射治疗技术，误差应该控制在1 mm以内。

图3 体模图像

1.2.2 断层厚度测试

通过测量铝斜面在斜面与断层相交处的图像宽度，来评估断层截面的厚度。宽度定义为基线校正CT值分布图的半高全宽。充分考虑重建卷积核和锥角对测得的宽度的影响。测量时使用典型头部模式和典型体部模式。至少对两个外部断层和一个中心断层进行评估。通常用于放射治疗应用的CT扫描层厚一般为3～5 mm，本次选择5 mm层厚条件进行断层厚度测试，要求误差≤1 mm。

1.2.3 CT值和均匀性测试

方法：测量使用典型头部模式和典型体部模式。通过测量直径为20 cm的圆柱形水体模图像中的五个感兴趣区（Region of Interest，ROI）所含的平均CT值，来评估水的CT值和均匀性。ROI位于水体模中央以及靠近边缘的12点钟、3点钟、6点钟和9点钟位置。水的CT值是中心ROI所含的CT值，均匀性是各个外部ROI与中心ROI之间的差异。误差范围应在（0±5） HU以内。

表1 各种测试模式的测试参数

1.2.4 执行像素噪声测试

方法：测量使用典型头部模式和典型体部模式。通过测量直径为20 cm的圆柱形水体模图像的ROI所含的CT值的标准偏差，来评估图像噪声。ROI位于体模中央。要消除图像不均匀性和环状伪影的影响，应对两个连续扫描的不同图像进行评估，将测得的结果与厂家定义的标准进行比较。西门子厂家定义在典型头部模式和典型体部模式测试条件下，测量20 cm水模体图像中的噪声的误差范围分别为3.6 HU±10%，4.2 HU±10%。

1.2.5 执行调制传输函数测试以评估空间分辨率

通过评估处于扫描平面中心并沿扫描系统轴平行的塑料杆上的细钨丝形成的图像，可确定高对比度分辨率。从钨丝图像中可获得点扩散函数并计算调制传输函数（Modulation Transfer Function，MTF）作为点扩散函数的傅立叶变换。MTF的50%和10%值将被评估。头部模式和最锐利模式只测量层厚2。测量时使用三组扫描参数，分别代表典型头部模式、典型体部模式、无超高分辨率合成的最锐利模式，将测得的结果与厂家定义的参考值比较，不同测试模式下厂家定义的MTF参考值如表2所示。

表2 厂家定义的MTF标称值（LP/cm）

1.2.6 执行检查床位置测试

检查床位置测试是在没有曝光的情况下进行的，将一标尺安放在检查床的可移动床面上，并使该标尺的0标记与检查床固定架上的一记号对准。在检查床上放置100 kg的病人当量负载，将水平床位设置为零，病人检查床在30 cm的距离上，自动向前和向后作连续的步进运动。每一系列运动完成之后，使用刻度尺测量距离，偏差应不超过1 mm。

2 结果

2.1 定位灯和定位像测试结果

定位灯和定位像测试结果误差全部为0，表明新安装的CT模拟定位机激光定位灯和定位像都很精确。

2.2 断层厚度测试结果

断层厚度测试结果如表3所示，头部和体部模式采集到的3幅图像的层厚结果误差都小于0.3 mm，大大低于国家要求的1 mm误差。

表3 断层厚度头部和体部模式测试结果（mm）

2.3 CT值和均匀性测试结果

本次测试结果如表4所示，结果显示水的CT值的误差小于1 HU，均匀性的误差小于2 HU，满足国家要求。

表4 CT值和均匀性头部和体部模式测试结果（HU）

2.4 执行像素噪声测试结果

本次测试在头部模式下测得层厚1、层厚2、层厚3的噪声值分别为3.66、3.53、3.54 HU。体部模式下测得层厚1、层厚2、层厚3的噪声值分别为4.04、4.09、4.04 HU。可见测得的结果在厂家要求的误差范围之内。

2.5 空间分辨率测试结果

空间分辨率测试结果如表5所示，结果在厂家定义的标称值范围之内。

表5 调制传输函数MTF测试结果（LP/cm）

2.6 床位置测试结果

床位置测试结果如表6所示，在四个位置测试床的进床和退床精度，结果显示偏差都为0。

表6 床位置检测结果（mm）

3 讨论

本文对西门子大孔径CT模拟定位机的性能进行了测试，测试结果满足临床要求。目前国内对CT模拟定位机的检测还没有相关的行业规范，只能够参照国内外相关文献。CT模拟定位机与常规诊断CT不同，对测试结果的评价要充分考虑到放射治疗的要求。例如，定位激光灯的准确性直接影响相对于患者皮肤标记定位治疗体积的能力以及患者从CT模拟定位机到治疗机的定位的可重复性，断层厚度的准确性决定了数字重建影像（Digitally Reconstructed Radiographs，DRRs）的质量，影响治疗体积和危及器官的精确勾画。在放射治疗计划中，为了从CT图像计算治疗剂量分布，需要建立相对电子密度和CT值之间的关系，因为放射治疗所用X射线能量的主要相互作用是康普顿效应[5]，不正确的CT值与电子密度关系可能导致放射治疗剂量计算错误。即使CT值准确，扫描条件和定位床板也会影响CT-电子密度转换曲线[6]，不同扫描部位的CT值与电子密度转换曲线对放射治疗剂量也产生一定的影响[7]。理想状态下CT图像应该没有系统性伪影，并且均匀体模的图像应该具有统一的外观，不产生条纹和伪影，即均匀性要足够好。设备设计、射束硬化或图像重建软件导致的图像伪影都可以表现为系统CT均匀性变化。开机后预热后空机运行一次，选择恰当的mA值和kV值用于定位，可以使CT图像的均匀性保持在一个很好的状态[8]。应该每天对放射治疗定位用的kVp值进行CT值和均匀性测试。现在大孔径的CT模拟定位机在放射治疗中得到普及，但随着孔径的增加，高对比度分辨率和图像噪声会下降不少，图像噪声决定了肉眼可以区分的物体对比度的下限，更小的图像噪声可以帮助提高正常结构和肿瘤靶区勾画的精度，但图像噪声易受管电压、管电流、扫描层厚和重建算法的影响，图像噪声随管电流和扫描层厚的增加及重建算法卷积核的减小而减小[9-10]。空间分辨率最常用的评估方法是使用具有一定范围空间频率的线对体模进行测量或通过调制传输函数进行测量。但不同的厂家对空间分辨率的评价方法不同，柳晶波等[11]讨论了64层螺旋CT空间分辨率评价方法。本研究选择MTF=50%的值和MTF=10%的值对空间分辨率进行评估，因为使用MTF测量的空间分辨率通常高于使用线对体模可以观察到的分辨率，况且用线对体模测量的空间分辨率可能并不总是能够满足制造商的规格。所以对空间分辨率的测量最好使用从点扩散函数或边缘扩散函数经过傅里叶变换获得的调制传输函数曲线。体模中线对组的设计结构、加工误差以及体模的摆放方式都会以不同的形式和程度对空间分辨率的检测结果产生了影响[12]，这种影响应该在日常质量保证检测中引起注意。CT模拟定位机床面的几何形状与放射治疗机的平坦床面相似，床和床面应该与断层平面正交，才能确保可以在治疗机上精确地再现扫描定位患者几何形状。床位置的不准确也会导致扫描图像空间变形，影响放射治疗精确。

总之，要满足精确放射治疗的要求，必须要定期做好CT模拟定位机的质量管理和质量保证。对CT模拟定位机进行全面稳定性检测是一项复杂而非常重要的工作，物理师和工程师应针对各项的检测项目掌握正确的检测方法，并熟悉影响检测结果的各种因素[13-17]，保障医疗质量和安全。