Catphan 模體在醫用電子加速器錐形束CT 質量控制中的應用

張紅紅，宋萬濤，翟賀爭

1 北京市昌平區醫院 （北京 102200）；2 中國醫學科學院放射醫學研究所（天津 300192）

隨著三維適形放療和調強放療技術的發展，腫瘤靶區及其周圍組織劑量分布的精確度得以提升，治療增益比亦顯著提高[1-2]；但在放療過程中，器官運動、放療擺位誤差等因素造成的靶區位置變化會影響實際的照射劑量分布，致使腫瘤靶區因欠劑量而達不到治療目的或使危及器官因過劑量而造成組織損傷增加，甚至有可能因劑量錯誤導致放療失敗[3]。在放療中，提高擺位精準度是解決上述問題的關鍵。圖像引導放療是應用影像設備獲取患者治療前、治療中或治療后的影像，以確定靶區與危及器官的相對位置，通過圖像配準來減小擺位誤差，進而實現精準放療的一種治療方式[4]。在圖像引導放療中，基于二維大面積非晶硅數字化X 線探測器的錐形束CT（cone-beam CT，CBCT）裝置被整合到加速器上，通過CT 掃描直接獲取3D 圖像，再與治療計劃中的圖像匹配比較，即可得到調整治療床所需的各項參數。因CBCT 是輔助提高腫瘤放療精度的關鍵設備，故必須對其進行合理的質量控制以保障影像系統的準確性，但目前國內尚未出臺相關技術標準。參照美國醫學物理學家學會（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）TG-142報告及醫科達公司關于X 線容積成像系統（X-ray volume imaging，XVI）的驗收標準，結合臨床實際工作與經驗，本研究采用Catphan 503型模體對我院醫用電子加速器的CBCT 進行了影像質量控制測試，獲得了相關影像學指標，旨在驗證該模體應用于實際質量控制工作中的適用性，以期為規范醫用電子加速器CBCT 的質量控制工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 檢測儀器

醫科達Synergy 醫用電子加速器，搭載了XVI系統，并配備了kV-CBCT 設備，用于獲取治療前的3D 圖像；Catphan 503型模體，由美國模體實驗室生產，模體內部的不同位置分布不同的分層模塊，分別用于開展CT 圖像各質量控制指標（CT 值均勻性、密度分辨力、空間分辨力及空間線性距離等）相關的檢測。

圖1 Catphan 503型模體

1.2 檢測方法

檢測開始前，先對CBCT 的X 線管做預熱處理；隨后，將裝有Catphan 503型模體的盒子置于加速器治療床頂端，取出模體并將其懸掛于盒子頂端，微調模體上的平衡螺釘至水平儀顯示各方向均水平；加速器天花板水平激光線、側墻上下激光線分別對準位于模體上方及側面的白點，側墻垂直激光線同樣對準模體側面白點，確保模體位于等中心處。

登陸XVI系統，選擇“Service”模式，在“Patient”下分別進入“CAT-Uniformity”“CATContrast”“CAT-Spatial”“CAT-Geometric”模塊，進行各項檢測項目的掃描，獲取相應圖像。

1.3 檢測項目

1.3.1 CT 值均勻性

均勻物質CT 圖像上各局部的CT 值應保持一致；定位掃描模體頭向的第4個標記點，獲取圖像后，在坐標系中5個位置坐標處（橫截面中心和距中心4.5 cm 的上、下、左、右4個位置），調整圖像取樣器的“box size”至1 cm，分別記錄對應坐標的Mean（像素均值），然后計算CT 值的均勻性偏差[均勻性偏差=（Meanhigh-Meanlow）/Meanhigh×100%]，均勻性偏差≤1.5%視為合格。

1.3.2 密度分辨力

圖2 模體內的各種插件

1.3.3 空間分辨力

空間分辨力即高對比度分辨力，是指圖像對組織結構空間大小的鑒別、顯示最小細微結構的能力，用每厘米內可分辨的線對數表示，單位為lp/cm；定位掃描模體頭向的第2個標記點，選擇中間層面圖像并調整窗寬窗位，使圖像上能分辨的線對數最多，結果≥7 lp/cm 視為合格。

1.3.4 空間線性距離

空間線性距離包括3D 橫斷面垂直距離、水平距離和矢狀位水平距離，反映CBCT 的幾何精度及重建精度；定位掃描模體頭向的第3個標記點，打開掃描圖像，按住鍵盤上的“Alt”鍵，穿過圓心，垂直測量層面圖像上端空氣上沿至下端空氣上沿、水平測量低密度聚乙烯左側至聚甲醛樹酯左側的距離（圖3a），結果為（117±1.0）mm 視為合格；打開矢狀位圖像，調整至等中心位置，出現黃色十字標線，按住鍵盤上的“Alt”鍵，測量第1個與第4個標記點之間的距離（圖3b），結果為（110±1.0）mm 視為合格。

圖3 空間線性距離測量示意圖

2 結果

CT 值均勻性偏差為0.26%≤1.5%（表1），密度分辨力為2.14%≤3.0%（表2），空間分辨力可分辨線對數為8 lp/cm ≥7 lp/cm（圖4），橫斷面垂直距離、水平距離偏差為0.2 mm＜1.0 mm、矢狀位水平距離偏差為0.1 mm＜1.0 mm（表3），均滿足AAPMTG-142報告及醫科達XVI 驗收標準的要求。

表1 CT 值均勻性測量結果

表2 密度分辨力測量結果

圖4 空間分辨力測量結果

表3 空間線性距離測量結果（mm）

3 討論

CBCT為醫用電子加速器的附屬成像裝置，對其的相關檢測，目前國內尚無專門的標準可參考。相關研究一般參考CT設備的衛生標準WS 519-2019《X射線計算機體層攝影裝置質量控制檢測規范》，對所用CBCT的CT值均勻性、密度分辨力、空間分辨力及空間線性距離等圖像指標進行檢測，常用的模體種類包括AAPM型模體、RMI461型模體、YCTM型模體及Catphan型模體等。目前，由于主流醫用加速器配備的為Catphan型模體（Varian醫用加速器的CTP 504和醫科達醫用加速器的CTP 503），相關研究也大多基于該模體對醫用加速器CBCT進行質量控制檢測[5-8]，但檢測項目、檢測周期及評價標準尚無統一規范，通常以廠家驗收測試手冊作為參考，故十分必要制定適合醫院CBCT設備的質量控制檢測方案，并作為設備穩定性監測工作的基礎。

本研究使用Catphan 503型模體對加速器CBCT進行圖像質量控制檢測，不同項目的檢測結果均符合驗收標準。圖像配準和患者位置驗證是圖像引導放療的前提，因此對圖像質量提出了更高要求，而嚴格的質量控制是保障圖像質量的關鍵。若科室新安裝醫用電子加速器，可以基于驗收檢測結果設置CBCT 圖像質量各參數誤差的標準，并在以后工作中不斷監測，若某一參數偏離設定范圍，則應及時予以校準修正[5]。Catphan 模體一般由加速器配套，方便易得，相對于AAPM 模體等其他模體，體積小、重量輕，且不存在由熱脹冷縮引起的漏水和進氣等問題，在診斷用CT 的驗收檢測中也被推薦使用[6]，加之其檢測方法簡單可靠，可作為加速器CBCT 甚至CT 模擬定位機圖像質量控制檢測的首選模體。

加速器CBCT 的質量控制項目除了圖像質量外，還包括幾何精度、安全性和應用性以及掃描時患者所受輻射劑量等[7-8]，相關測試方法和基準也隨著放療技術和臨床需求的發展而在不斷改進，尤其在MR 圖像引導加速器出現后，其圖像質量控制工作更需規范化[9]。隨著Phantom 實驗室推出可以全自動分析Catphan Phantom 圖像的Catphan?質量保證軟件，Catphan 模體將會得到更廣泛的應用。在實際工作中，醫院相關科室應進一步規范醫用加速器CBCT 質量控制的檢測方法及內容，以期為醫用加速器質量控制檢測體系的建立提供重要支撐。