TOMO相關質控指南解讀及臨床應用

劉吉平，程曉龍，王彬冰，方佳本，時建芳，陳煒

1.浙江中醫藥大學研究生院，浙江杭州310053；2.中國科學院大學附屬腫瘤醫院（浙江省腫瘤醫院）放射物理科/浙江省放射腫瘤學重點實驗室，浙江杭州310022

前言

TOMO是一種集圖像引導和調強放療于一體的螺旋斷層放療系統，其360°旋轉機架、極高的調制能力、獨特的動態方式、系統的精度和穩定性是保證治療準確安全的前提，TOMO的質量控制尤為重要［1］。截止2020年，全球共計600余臺TOMO裝機，國內用于治療的有43臺，隨著普及型號劃歸乙類、新型第4代的量產以及國內工廠建設，該技術將會得到加速推廣。2010年，美國醫學物理協會（AAPM）基于AAPM TG40和TG142號報告編制了TG148號報告，對TOMO的質量控制做了全面論述，由于該報告對應檢測項目繁多、步驟繁瑣，僅在TOMO的驗收檢測階段和狀態檢測階段應用［2］。國內對TOMO劑量學參數測量、床移動準確性、圖像質量檢測及多葉準直器（Multi-Leaf Collimator,MLC）機械性能檢測進行了相關獨立報道［3-5］；國外對于質量控制的報道多涉及電離室應用、探測器優化、MLC性能測試、TOMO整體穩定性分析等方面［6-8］。2017年和2019年國家衛健委和國家癌癥中心分別發布了WS531-2017《螺旋斷層治療裝置質量控制檢測規范》和NCC/T-RT003-2019《螺旋斷層放療系統的質量保證》行業標準及質控指南，規定國內醫療機構已開展使用的TOMO用于臨床使用的設備安全、質量控制檢測方法及要求，但均未詳細闡明各項檢測內容的具體操作步驟和誤差分析。筆者的一項實施規范對WS531-2017指南內各個檢測項目的規范化操作、誤差及數據分析進行闡述［1］；一組WS531-2017跟蹤評價報告提出該標準內容有待進一步完善、相關培訓體系尚欠缺［9-10］。目前尚無針對3項指南橫向比較的解讀，因此本研究對這3項指南進行對比解讀，并結合臨床實踐對包含項目的實施進行闡述，同時對近些年三維質控設備及新型質控設備的應用情況進行分析，為TOMO質控的進一步完善、優化、質控效率提升等提供技術支持。

1 指南解讀與對比

目前TOMO 的相關質控指南主要有3 類：（1）《AAPM TG148 號報告》［11］；（2）WS531-2017《螺旋斷層治療裝置質量控制檢測規范》［12］；（3）NCC/T-RT003-2019《螺旋斷層放療系統的質量保證》。

1.1 《AAPM TG148號報告》解讀

TG148 號報告是AAPM 基于TG40 號報告和TG142 號報告，并結合TOMO 獨特的硬件設計，綜合TOMO 質量控制的一些文獻報道、建議及特殊定制的質量保證規程，于2010年形成的一套綜合的檢測方案。該報告包含的TOMO 質控項目主要有以下幾類：（1）機械方面校準；（2）射野參數；（3）治療床/機架測試；（4）MVCT 圖像質量評價；（5）治療計劃驗證；（6）其他方面。

1.1.1 機械方面校準（1）鉛門與射線源在Y 軸方向上對齊，即檢測鉛門在Y軸方向上與射線源的機械校準，確保射線源始終保持在調制射野中心；（2）射線源在X 方向上的校準，利用MLC 的凸凹槽效應，MLC 聚焦在源上時，這種凸凹槽效應會降到最低；（3）鉛門Y 軸方向上偏移檢測/射野中心，確保治療射野的中心橫斷面軸與旋轉軸垂直相交，當機架角為0°時，前者垂直向下；（4）Y 軸方向上鉛門/機架旋轉平面校準，可以用（3）測試所用的膠片進行分析；（5）治療射野中心，保證鉛門的開合與中心軸對稱，所有的臨床射野只有一個中心；（6）MLC 校準測試/MLC扭轉，保證MLC 葉片以光源為中心均勻分布，同時MLC的射野邊緣與旋轉中心軸垂直。

1.1.2 射野參數（1）輸出劑量穩定性，包括靜態輸出和旋轉輸出，靜態輸出穩定性是靜止機架在特定輸出時間的劑量值與最近劑量校準值的比值，旋轉輸出穩定性類似于執行治療計劃測量值與計算值的比值；（2）百分深度劑量，與直線加速器檢測方案基本一致，但由于TOMO 的靶磨損很快，所以檢測頻率更高；（3）橫斷面（錐形）劑量分布，TOMO 沒有均整器，其MV射線橫斷面剖面呈錐形且劑量向前分布，所有臨床射野寬度均需要測試；（4）射野縱向剖面劑量分布，患者劑量是縱向劑量剖面和治療床運動的積分，所有臨床射野寬度均需要測試。

1.1.3 治療床/機架測試（1）機架角度穩定性，檢測系統正確確定機架角度的能力；（2）進床速度均勻性，檢測系統準確得到同步照射和床位置的能力；（3）進床/旋轉同步性，檢測床與機架聯合運動的一致性。

1.1.4 MVCT 圖像質量評價（1）幾何形變，檢測物體MVCT 圖像尺寸和方向上的準確性；（2）噪聲，檢測像素值的隨機不確定性；（3）均勻性，保證MVCT 用于劑量計算的準確性；（4）空間分辨率，采用高對比孔對測試模式檢測；（5）低對比度分辨率，利用不同密度的等效水模體檢測；（6）CT 值-電子密度轉換，MVCT 圖像用于劑量計算，獲取MVCT 值與物理密度間的刻度曲線；（7）MVCT 劑量學，測量成像劑量及評價圖像質量。

1.1.5 治療計劃劑量驗證利用DQA 軟件配合電離室及膠片或其他檢測設備完成計劃的劑量驗證。

1.1.6 其他方面（1）中斷治療程序，測試TOMO生成中斷程序的準確性；（2）紅綠激光燈自身的定位，測試綠激光燈平面與治療中心在縱軸上的精確性，墻后綠激光燈與頂部綠激光燈的重合性，紅綠激光燈間位置的偏移；（3）治療床準確性，測試床的物理運行距離與數字顯示，床面的水平測試，縱軸方向上床的移動與治療平面垂直性測試，空載條件床下沉檢測。

報告推薦檢測頻次為日檢、月檢、季檢和年檢，具體檢測項目、允許值及頻次如表1所示。

表1 TOMO質控檢測項目、允許值及頻率（AAPM TG148）Tab.1 TOMO quality control test items,tolerance values and frequencies(AAPM TG148)

1.2 WS531-2017《螺旋斷層治療裝置質量控制檢測規范》解讀

自2007年第一臺TOMO 在301 醫院啟用來，國內一直沒有相關的質控標準和規范，直到2017年國家衛健委編制了衛生行業標準WS531-2017《螺旋斷層治療裝置質量控制檢測規范》。該標準是基于AAPM TG148 號報告，對質控內容進行精簡，并沒有增加更新的質控項目，質控方法也基本保留，但是部分檢測項目的技術要求和檢測頻率有所變化，具體如表2所示。

表2 TOMO質控檢測項目、允許值及頻率（WS531-2017）Tab.2 TOMO quality control test items,tolerance values and frequencies(WS531-2017)

1.3 NCC/T-RT003-2019《螺旋斷層放療系統的質量保證》解讀

國家癌癥中心/國家腫瘤質控中心于2019年聯合放療質控專家委員會編制了NCC/T-RT003-2019《螺旋斷層放療系統的質量保證》，規定國內醫療機構已開展使用的TOMO 用于臨床使用的設備安全、質量控制檢測方法及要求。該指南較WS531-2017內容更豐富，但主要依然是基于AAPM TG148 號報告，增加了部分新的質控方案，多數項目的質控操作有所保留，同時在質控頻率上又有所調整。主要改變為：（1）將射線輸出的“橫向、縱向剖面劑量分布”劃歸為月檢；（2）增加周檢，將“百分深度劑量”列入；（3）增加“探測器矩陣”計劃質量保證的應用；（4）部分檢測項目配備了操作圖文，部分操作細節更加明確，例如“成像劑量”中增加了具體掃描長度的數值等。整體情況如表3所示。

表3 TOMO質控檢測項目、允許值及頻率（NCC/T-RT003-2019）Tab.3 TOMO quality control test items,tolerance values and frequencies(NCC/T-RT003-2019)

1.4 指南對比

AAPM TG148 號報告是TOMO 最早的質控指南，涵蓋了比較全面的TOMO 質控內容，可作為TOMO 安裝驗收的參考，但是只對部分項目進行了詳細的理論解釋和實踐指導，很多項目的實施還沒有明確的方案，且隨著TOMO 更多的臨床應用和型號更新，TG148號報告還需要增加基于主流或新型質控設備的質控內容和TOMO 新型號“動態鉛門”、“高劑量率”、“治療床托架”等新的檢測項目，該指南在近10年的應用中有必要進行新版本的更替。

WS531-2017是我國《放射診療管理規定》配套技術標準，是指導國內TOMO質控的技術規范，也是放射衛生技術服務機構進行TOMO質控檢測工作的依據［9］。該標準最大的特點是精簡了TOMO的質控項目，但是并沒有配備各個質控項目更多的理論解釋和實踐操作。有調查表明86.4%的相關工作人員未接受過該標準的培訓，其中標準理解不足、檢測指標難理解、檢測設備難實現分別為61.5%、46.2%和76.9%，另外63.6%衛生監督機構相關工作人員認為該標準應用過程存在難度［10］。新版本可進一步完善，如增加治療床檢測項目，增加MVCT影像檢測項目，旋轉輸出劑量的檢測標準可降低到3%，增加各項目對應的檢測方法描述、操作步驟圖文解釋以及相應理論計算的過程。

NCC/T-RT003-2019 的編制在TG148 及WS531-2017的基礎上，綜合了國內多家TOMO 應用醫院的實際應用，對質控的內容進行分類優化，增加部分質控項目的解釋和操作指導。根據國內TOMO 的工作負荷重、靶易損耗的特點，增加百分深度劑量周檢的項目，同時增加探測器矩陣在計劃質控的應用和質控細節的說明。最大的缺點是將基于水箱的“射野橫、縱斷面劑量分布”檢測項目劃歸為月檢，該項檢測操作比較繁瑣，加重了臨床人員的負擔。在將來的版本中期待將每個檢測項目對應的理論意義、計算過程、實踐操作進行闡述，同時優化項目的檢測頻率，增加新質控工具的應用實例。

2 質控指南的具體實施

WS531-2017指南包含的各項檢測項目的具體操作實踐和評價，筆者在已發表的3篇文章《WS531-2017《螺旋斷層治療裝置質量控制檢測規范》的實施及評價》、《螺旋斷層治療裝置劑量輸出穩定性檢測及三年質量控制分析》和《基于EBT3膠片的不同病種及治療方式的螺旋斷層治療計劃劑量驗證》中給予闡述［1,13-14］，相關內容可供參考。

3 主流質控設備和新型質控設備的應用

TOMO 出廠標配的質控設備為：8 通道計量儀（TomoElectrometer）、電離室A1SL（Standing Imaging,USA）和A17（StandingImaging, USA）、圓柱形模體（Cheese Phantom）、等效矩形固體水、二維水箱、EBT3膠片和Vidar膠片分析儀。搜集近5年的文獻報道和同行經驗交流，目前探測器矩陣和三維藍水箱在TOMO的質控中已有較多的應用，且部分應用已替代常規質控工具。具體的應用及效果如表4所示。

表4 近5年國內主流質控設備和新型質控設備的應用Tab.4 Applications of domestic mainstream and novel quality control equipments in recent 5 years

計劃劑量驗證Arc CHECK 和Delta4 均可實現三維劑量驗證，但是Arc Check 劑量梯度變化較大區域或低劑量區的計劃驗證需用膠片進行復核，Delta4目前還沒有相關報道；對于射野離軸劑量分布檢測，TomoDose 半導探測器可作為日常快速檢測，三維藍水箱BPH 采集數據更完整，可用于月檢或年檢。TOMO 的專屬質控設備及對應的質控方法是裝機驗收的金標準，但是對于日常的穩定性檢測，很多項操作又過于繁瑣，費時費力。常規直線加速器的質控設備種類較多，且技術也比較成熟，各個醫療單位的物理師對于這類設備的應用更加熟練。目前國內只有少數幾家醫院將直線加速器的質控設備應用于TOMO的質控，且應用的范圍僅為某一項質控內容。

4 質控指南優化

結合3 項質控指南的內容、文獻報道及臨床實踐，將質控指南按照設備質控和計劃質控分別進行優化，具體如表5所示。

表5 TOMO機器質控檢測項目、允許值及頻率（優化版）Tab.5 TOMO quality control test items,tolerance values and frequencies(optimized version)

機器的檢測項目依然全部保留，基于中國科學院大學附屬腫瘤醫院（浙江省腫瘤醫院）TOMO 應用經驗，在每日85例治療數量的條件下，靶的損耗在一個月的周期內可控，因此去掉了NCC/T-RT003-2019《螺旋斷層放療系統的質量保證》中推薦的周檢百分深度劑量，最終檢測的頻率按照日檢、月檢和年檢進行劃分。日檢一般由技術員操作，包括動態靜態劑量輸出、紅激光燈位置和床移動準確性；月檢由物理師操作，剔除日檢的劑量檢測和應用水箱的射野截面劑量分布，用固體水+電離室替代完成百分深度劑量和射野縱向截面劑量分布檢測，臨床應用中發現每月的機械檢測對于減少機器日常治療報錯有益，最后具體檢測項目包括全部的機械精度、百分深度劑量&Y-Profile（用多層固體水+電離室檢測）、紅綠激光燈、治療床精度、MVCT 圖像的空間分辨率及成像劑量；年檢包括全部的項目。計劃質控采用膠片驗證和探測器矩陣驗證模式，探測器矩陣相比膠片節省時間，但受矩陣間距的制約，其劑量驗證精度不如膠片。在劑量梯度變化較大區域或低劑量區，在使用三維半導體矩陣進行劑量驗證時，需要使用膠片進行復核。層面選取原則應涵蓋相應兩個以上不同處方劑量的靶區，點劑量測量點應落在最高或次高劑量平坦區域內，并遠離大梯度劑量區域。

5 結論

TOMO 技術集圖像引導和調強放療于一體，與傳統加速器相比取消了均整器，等中心處劑量率可達8～9 Gy/min，治療過程中機架與床同步運動，射束以360°螺旋切片式照射，機架每旋轉一周有51 個投照角度可形成大量的調制射野，可實現高均勻性和適形度的調強放療，為保證準確劑量輸出，輸出劑量檢測及放療計劃劑量驗證尤其重要。隨著TOMO 在國內的普及，全面、精確、高效的質量控制是TOMO推廣應用的關鍵。本研究對現行的3 項TOMO 質控指南進行橫向比較，對各項質控內容進行解釋，在保留全部檢測項目的基礎上提出更為優化的質控頻率，并對主流質控設備和新型質控設備在質控中的應用進行匯總。TOMO 裝機打包在內的質控設備實際操作中有諸多問題，如：（1）二維水箱測量射野離軸劑量分布，操作過程較為繁瑣，水箱擺位需要近2 h，且需要旋轉水箱才能完成全部數據采集；（2）基于膠片和Cheese Phantom 的計劃劑量驗證，測量成本高、操作繁瑣。三維藍水箱BPH 擺位簡單、檢測速度快、精確性高，可推薦為水箱項目的設備。

如何利用已有的、成熟的、可重復測量的主流質控設備完成TOMO 質控，對TOMO 質控指南的各項內容補充足夠的理論解釋和圖文操作，適當增減檢測項目、調整檢測頻率，并形成相應的質量控制操作規范和培訓課程加以技術推廣，對于TOMO 技術在國內普及、促進腫瘤放療、使更多患者獲益等具有極其重要的積極意義。