图像引导放射治疗（image-guided radiotherapy，IGRT）成像可有效提高放射治疗总效率，减少摆位误差，提高放射治疗的精确性 ^[1-4]。目前，kV 锥形束 CT（cone beam computed tomography，CBCT）是一种常用的 IGRT 靶区定位技术，其能够提供高分辨率的平面 X 线片和高对比度软组织图像 ^[5]。为保证 IGRT 的准确性，医工人员需要定期对 IGRT 成像设备进行质量控制，使其性能符合要求 ^[6-8]。目前，我院 Elekta AXESSE 医用直线加速器配置有 X 射线容积成像仪（X-ray volumetric imager，XVI）用于 IGRT 成像，以提高放射治疗的精确性。基于此，本研究旨在测试我院 Elekta XVI 的性能，以保证设备的有效性及安全性。

1  对象与方法

1.1  研究对象

测试设备：Elekta AXESSE 医用直线加速器（图 1a）配置的 Elekta XVI。测试模体。（1）TOR 18FG X 射线成像模体（ 图 1b）。 其有 18 个 直径 为 8 mm 的圆盘（ 对比度为 0.9% ~ 16.7%）和 21 个条形图案（范围在0.50 ~ 5.00 lp/mm）， 可用于量化平面 kV 成像的空间分辨率和对比度。（2）Ball-Bearing 模体（图 1c）。由位于长塑料管顶端直径为 8 mm 的钢球组成，将钢球连接至锁定治疗床的底板，并通过 1 组游标卡尺调整钢球的位置，调整精度可达 0.01 mm，用于进行三维（three dimensional，3D）配准精度测试。（3）Catphan CTP503 模体（美国模体实验公司）（图 1d）。其由不同的模块组成，每个模块均是为特定测试而设计，用于检测 3D CBCT 图像质量的 CT 值均匀性、低对比度、空间分辨率和空间几何畸变等。（4）1 mm 铜过滤板（图 1e）。

注：a 为 Eleeta AXESSE 直线加速器；b 为 TOR 18FG 模体；c 为Ball-Bearing 模体；d 为 Catphan CTP503 模体；e 为 1 mm 铜过滤板

图 1 XVI 测试设备及模体

1.2  方法

1.2.1  XVI 安全性测试

XVI 安全性测试包括检查所有系统联锁（门联锁、kV 源臂碰撞保护联锁、终止钥匙）和所有系统防碰撞保护（加速器头、kV 成像探测器臂、MV 成像探测器臂）。为了测试门的联锁性和 kV 源臂的联锁性，尝试在门打开或 kV 源臂未完全伸出的情况下发射 X 射线。通过依次对触控保护组件的 4 个角施加压力检查 kV 成像臂触控保护联锁开关。当触摸保护被激活时，检查机架的运动。此外，当 X射线发射时，通过打开门然后检查射线是否终止出束测试门联锁。当 X 射线发射时按下终止键测试开关联锁。

1.2.2  XVI 几何精度测试

XVI 几何精度测试包括 3D 横断面垂直、水平、矢状面几何形变测试、kV 与 MV 等中心一致性、2D几何精度测试。

3D 几何形变测试：3D 横断面和矢状面几何形变测试中，将 Catphan CTP503 模体的第 3 个标记点（图 2a 中③处）与室内的激光线对齐，采集容积图像。在 3D 横向水平方向几何形变测试中，测量 Delrin 和 LDPE 两插件间的距离并与厂家规格进行比较，在 3D 垂直方向几何形变测试中，测量两空气（Air）插件间的距离并与厂家规格进行比较（见图 2b）。在 3D 矢状面几何形变测试中，测量Catphan CTP503 模体第 1、4 个标记点之间的距离，并与厂家规格进行比较（见图 2c）。以上几何形变的厂家规格均为（117.0±1.0）mm。

注：a 为 Catphan CTP503 模体的标记点示意图，b 为 Catphan CTP503 模 体 的 3D 横 断 面 几 何 形 变 测 量 示 意 图，c 为 Catphan CTP503 模体的 3D 矢状面几何形变测量示意图，① ~ ④为标记点

图 2 Catphan CTP503 模体几何形变测量示意图

kV 与 MV 等中心一致性测试：kV 与 MV 等中心一致性测试是保证 kV 成像系统的等中心和医用直线加速器 MV 治疗中心的对齐符合要求。对Ball-Bearing 模体扫描 1 周获取容积图像后，将所有图像传输至数据库完成图像重建；在配准窗口上手动移动扫描图像，使其与计划图像在横断面、冠状面、矢状面方向上相匹配。在 XVI 控制台中获得从转换到更正选项的更正后图像，床移动助手软件突出显示结果；借助模体球轴承座上的游标卡尺将球轴承移动到指定位置，然后使用 iViewGT软件，选择单个曝光并选择 1 个调强测试计划出束。将采集的图像从 iViewGT 软件导出至 XVI 系统，记录射野中心与钢球中心的差异，误差≤ 1 mm 为符合要求 ^[9]。

2D 几何精度测试：2D 几何精度测试是保证获取的静态 2D kV 图像显示中心与 MV 辐射等中心相匹配。将 Ball-Bearing 模体放置在医用直线加速器等中心，分别在机架 180°、90°、0°、270°获取模体的平片图像，记录图像中心（粉红色十字线）与模体中心在 X、Y 方向的偏差，误差≤ 1 mm 或≤ 4 像素为符合要求 ^[9]。

1.2.3  XVI 成像质量测试

在成像质量测试中，需进行 3D 成像质量测试（均匀性、低对比度、空间分辨率测试）及 2D 成像质量测试（低对比度、空间分辨率测试）。

3D 成像质量测试。（1）3D 均匀性测试。将 Catphan CTP503 模体顶部朝向机架方向，使用水平仪保证模体水平，必要时进行调整。将 S10 准直器和 F0 滤过器插入 kV 源臂进行容积成像，并将 kV 成像面板保持在小视野位置。沿着机架和床方向，将模体的第4个标记点与激光灯对齐，获取模体容积视图图像，重建图像。横断面图像区域选择均匀性模块。在横断面图像区域，测量 5 个不同位置的平均像素值（见图 3a 中① ~ ④），5 个位置坐标（X、Y、Z）分别为（0.0，0.0，0.0）、（-4.5，0.0，0.0）、（0.0，0.0，-4.5）、（4.5，0.0，0.0）、（0.0，0.0，4.5）。最高平均像素值的最大百分比误差≤ 1.5% 为符合要求 ^[9]。（2）3D 低对比度测试。利用 XVI 对聚苯乙烯（polystyrene）与低密度聚乙烯（LDPE）进行可视性测试，量化 XVI 区分脂肪和水的能力（polystyrene 等效于脂肪，LDPT等效于水）。将 Catphan CTP503 模体的第 1 个标记点与激光灯对齐，获取 Catphan CTP503 模体的容积视图图像。在横向图像区域，选择低对比度分辨率模块（图 3b）。低对比度能见度计算方法如式（1）所示，其中 CT_polystryene = - 35，CT_LDPE = - 100，误差≤ 3% 为符合要求 ^[9]。（3）3D 空间分辨率测试。将 Catphan CTP503 模体的第 2 个标记点与激光灯对齐，获取图像，调整图像亮度和对比度，直到确定最高可见线对数并记录（见图 3c）。最高可见线对数应不少于 10。

注：a 为 Catphan CTP503 模体的 3D 均匀性模块测试；b 为Catphan CTP503 模体的低对比度模块测试；c 为 Catphan CTP503 模体的空间分辨率模块测试

图 3 Catphan CTP503 模体的 3D 成像质量测试

分辨率测试。将 TOR 18FG 模体置于碳纤维床面上，模体上表面升至加速器等中心处，与激光线成45°摆放（见图 4a）。模体上面放置 1 块厚度为1 mm 的铜过滤板，机架转到 270°，在 kV 源臂中插入 S20 准直器和 F0 过滤器采集模体平面图像。调整图像的亮度和对比度，直到方框①和方块②中 2 个圆盘都清晰可见（见图 4b），计算可见圆盘的数量，可见的圆盘数量越多，低对比度能见度越好。最小限度应可以清楚看到第 12 个圆盘。2D 空间分辨率测试显示可见的最小线对数。在确定的距离上，使用包含高吸收（如铅）细线模型的射线图像，以目测评估成像系统能够将细线分辨为单独实体的最小距离。至少应可以看到第 10 线对 ^[9]。

注：a 为 TOR 18FG 模体摆放示意图，b 中的 A 和 B 分别为低对比度标记 1 ~ 9 和 10 ~ 18，中间为空间分辨率模块

图 4 2D 成像质量测试示意图

2  结果

2.1  安全性测试结果

每个安全特性测试（系统联锁检查，kV 成像臂和探测面板碰撞保护—联锁开关检查，系统运动）操作和功能均正确，kV 源臂、kV 和 MV 探测器面板的所有运动都符合要求。

2.2  几何精度测试结果

在 3D 横断面垂直方向几何形变测试中，测得两空气插件间的距离为 117.3 mm，在水平方向测得 Delrin 与 LDPE 两插件间的距离为 117.3 mm。3D 矢状面几何精度测试中，测得的第 1、4 个标记点间的距离为 109.5 mm。所有测试的误差均 <1.0 mm。

在 kV 与 MV 等中心一致性测试中，kV 图像中心和 MV 等中心的偏差在 X、Y、Z 方向分别为 0.2、0.5、0.5 mm，均 <1.0 mm。在 2D 几何精度测试中，获取的静态 2D kV 平面图像十字线中心与 Ball Bearing 模体的中心的偏差均≤ 4 像素，符合厂家规格，见表 1。

表 1 2D 几何精度测试结果（像素）

2.3  成像质量测试结果

2.3.1  3D 均匀性测试结果

在 3D 均匀性测试中，5 个位置的平均像素值中最高平均像素值为 978.20，最低为 974.91，均匀性为 0.33% （ < 1.50%），符合要求，见表 2。

表 2 均匀性模块不同位置的像素平均值

2.3.2  3D 低对比度测试结果

在 3D 低对比度测试中，低对比度的百分值为2.46%，在≤ 3% 的规定值范围内。polystyrene 和LDPT 低对比度的平均像素值和标准差见表 3。

表 3 3D 低对比度测试结果

注：polystyrene 为聚苯乙烯，LDPE 为低密度聚乙烯

2.3.3  3D 空间分辨率测试结果

在 3D 空间分辨率测试中，可见线对数为 12 对 / cm，满足 > 10 线对 /cm 的要求，见图 5a。

2.3.4  2D 低对比度及空间分辨率测试结果

在 2D 低对比度测试中，可见盘数为 18 个，厂家规格为最小 12 个盘，见图 5b。在 2D 空间分辨率测试中，可见频率组数为 13，满足第 10 组（1.4 线对 / mm）要求，见图 5c。

注：a 为 3D 空间分辨率测试图，b 为 2D 低对比度测试图，c 为2D 空间分辨率测试图

图 5 成像质量测试结果

3  总结

临床对患者采用放射治疗时，需通过 XVI 进行 IGRT 成像才能进行精准治疗，因此 XVI 性能对摆位结果影响较大 ^[10-11]。临床医工人员需定期对XVI 的准确性和可靠性进行测试，以保证设备的可靠性与安全性。本研究介绍的一系列测试是在新安装医用直线加速器后，准备投入临床使用前对 XVI的性能测试方法，代表了临床实际需求，确保了XVI 性能在可接受范围内。该测试方法也可以应用于日后的 XVI 质量控制，注意有些质量保证项目应每天进行。为了 XVI 成像系统的正常运行，应进行X 射线管热身程序的安全测试，建议每天进行 X 射线管预热，以防止 X 射线管过早失效。本研究验收测试结果表明，该 Elekta XVI 能够产生具有良好空间分辨率及高精度几何分辨率的图像，符合厂家及临床要求。

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