一種放療激光定位系統校驗模體的研制

楊 濤，徐壽平，解傳濱，叢小虎，龔 璇，曲寶林

（解放軍總醫院放射治療科，北京 100853）

0 引言

激光定位系統是放療過程中校正人體體位的一種裝置，其可為放療構建出可視化的三維空間坐標系，主要分為CT 模擬激光定位系統和加速器治療激光定位系統，兩者都可標定放療等中心的位置，從而達到精確定位、精確擺位、精確放療的目的。

激光定位系統對放療定位、擺位照射十分重要，是放療確定等中心坐標的依據。應用激光燈輔助擺位可以使患者在治療和定位時的位置保持一致，同時也可提高每次治療時擺位的重復性。放療的模擬定位是精確放療的起始階段，也是極其重要的一個環節，之后的各個環節都要以定位的圖像和數據作為基礎，因此模擬定位產生的誤差會作為系統誤差貫穿治療過程的始終，直接影響到放療的精確性[1-4]。激光定位系統不但用于建立患者體位坐標系，在治療計劃設計好后也要用于患者擺位，使其與治療等中心保持一致。而激光定位系統任何一項偏差都會造成患者放療位置的改變，使患者實際接受的劑量發生變化，增加放療并發癥發生的概率，降低放療療效，甚至導致放療的失敗。因此，需定期對放療激光定位系統進行質量保證和質量控制，及時地進行校準和維護，以確保其精度。

目前，用于驗證和校準激光定位系統的模體絕大大多數為國外生產，不但價格昂貴，而且結構復雜、體積大、校正精度低、功能單一。而國內用于激光定位系統的模體相對較少，無法滿足多功能的需要?；谝陨锨闆r，筆者設計了一種用于放療激光定位系統的校驗模體，不僅可實現CT 模擬定位機以及光子、質子和重離子放療設備激光定位系統的校準，還可用于kV、MV 級機載成像系統等中心及治療床到位精度的驗證等。

1 設計

1.1 結構設計

圖1 放療激光定位系統校驗模體結構示意圖

放療激光定位系統校驗模體結構如圖1 所示，主要由圓柱底座、固定立柱、中心旋轉軸和測量面板4 個部分組成。圓柱底座用于支撐固定立柱和中心旋轉軸，上面設有3 個水平調節旋鈕和1 個氣泡水平儀。水平調節旋鈕用于調節圓柱底座某一方向的高低，氣泡水平儀用于指示圓柱底座的水平情況。通過調節水平調節旋鈕可使氣泡水平儀指示水平狀態，從而確保測量前整個模體的水平。固定立柱固定于圓柱底座上，用于支撐模體的整個架構，并且側、頂面均標有長度刻度線，可用于測量治療床Z 方向的到位精度。中心旋轉軸置于固定立柱中，能夠在固定立柱中旋轉。中心旋轉軸的外周壁和固定立柱的內周壁分別標有角度刻度線，可實現順時針和逆時針360°旋轉，并且旋轉到某一固定角度（即內、外圓柱體表面刻度線吻合時）可以實現內部旋轉圓柱體的固定。中心旋轉軸的頂端固定有測量面板，為長方體，測量面板6 個面中心均刻有“十”字刻度線且中心嵌有金屬小球，是進行激光燈位置校準、成像系統等中心精度及治療床X、Y 方向到位精度校驗的主要部件。

1.2 主要材料

本模體設計小巧，需要剛性較好的材料才能保證其精度和耐用性；為了防止拍片時產生偽影，同時不影響直徑2 mm 金屬小球的顯像，密度低的材料可以更好地滿足質控要求。而有機玻璃（polymethyl methacrylate，PMMA）具有機械強度較高、密度低、韌性好、抗拉伸和抗沖擊的特點，并且價格低，易于加工，因此，除金屬小球和氣泡水平儀外，本校驗模體其他組件均選用PMMA，密度約1.15 g/cm3。

1.3 主要功能

放療激光定位系統校驗模體主要可實現以下功能：

（1）可實現CT 模擬定位機以及光子、質子及重離子等放療設備激光定位系統的校準。放療激光定位系統精度要求不超過±1 mm，本模體可用于激光定位系統的日常質控，通過測量面板可以清晰地看出相同方位的激光是否重合并且可以讀出其偏差，同時根據偏差也便于對相應的激光系統進行調整。

（2）可實現放療機載kV、MV 級成像系統等中心精度的檢測和校準。放療機載kV 和MV 級成像系統等中心允許精度為Φ2 mm，本模體測量面板中心嵌有直徑為2 mm 的金屬小球，通過在不同機架角度拍攝kV 或者MV 級X 射線平片，可以快捷且方便地檢測成像系統等中心的偏差，從而用于機載kV、MV 級成像系統的日常質控及位置校準。

（3）可實現放療治療床或患者定位系統到位精度的檢測和校準。放療治療床到位精度要求±1 mm或1°，通過測量面板和固定立柱上長度刻度線可實現治療床X、Y、Z 方向短距離到位精度的檢測和校準。通過中心旋轉軸外固壁和固定立柱內周壁刻有的角度刻度實現治療床旋轉精度的檢測和校準，能夠很好地滿足治療床到位精度檢測的需要。

2 使用方法

一臺放療設備通常最低需配備3 組外置激光定位系統，以下基于此來描述本模體的使用方法。將3組激光定位系統分別固定于治療床的左、右和頂面的墻上，左側激光定位系統標識著治療床的升降和進出方向（即Z 和Y 方向），用ZL和YL表示；右側激光定位系統和左側的一樣標識著治療床的升降和進出方向，用ZR和YR表示；頂部激光定位系統標識著治療床的進出和左右平移方向（即Y 和X 方向），用Xtop和Ytop表示。校準過程就是要檢測所有同方向的激光線是否重合，并且與醫用直線加速器機頭上光野“十”字標識的等中心是否一致，如果出現偏差，則需要對激光定位系統進行調整。

（1）擺位：在使用校驗模體時，首先將醫用直線加速器機架、小機頭及治療床角調至零度，打開光野即會相應地投影一個“十”字線，該“十”字線代表射野中心。其次將校驗模體置于治療床上，固定刻度面板于零位，調節水平調節旋鈕，同時觀察氣泡水平儀使校驗模體處于水平狀態，使光野“十”字線與模體測量面板頂面的“十”字刻度線重合，隨后再將機架旋轉至90°或270°，升降治療床使校驗模體側面與“十”字刻度線重合。最后將機架旋轉到零度，即完成校驗模體的擺位。

（2）激光定位系統的檢測與校準：擺位完成后，打開所有激光燈，檢查代表相同方向的激光線是否在校驗模體相應刻度線上重合，即在擺好模體的情況下檢查ZL和ZR，YL、YR和Ytop，Xtop和測量面板X方向的刻度線是否重合在同一刻度線上，其重合情況以及某一方向激光線的具體偏差很容易從模體上得到，根據相應方向的偏差情況對相應激光設備進行調整和校準，從而保證其一致性，完成校驗。同理，校驗模體還可用于CT 模擬定位機和質子、重離子等放療設備激光定位系統的校驗，對于非正交方位的激光定位系統，為了方便校驗可通過旋轉測量面板實現，具體過程和光子校正過程相同。

（3）成像系統等中心精度檢測：擺位完成后（如果激光定位系統已完成校驗，以后可通過激光定位系統進行校驗模體擺位），將機架旋轉至預設角度進行kV 或者MV 級X 射線平片拍攝，此時會得到校驗模體及金屬小球在該角度的影像，通過觀察或測量軟件預設的機器等中心“十”字中心與金屬小球的位置關系來判斷此時成像系統等中心的位置偏差。通過檢測不同機架角成像系統的等中心偏差來判斷其整體的精度。

（4）治療床到位精度測量：擺位完成后，打開激光燈，記錄好激光燈在校驗模體上的位置，然后移動治療床。以進出治療床為例，在加速器操作軟件上輸入要移動的具體距離，移動完畢后，檢測此時激光燈在模體上對應的刻度，通過計算得到治療床的到位偏差。同理，治療床的升降、左右平移以及旋轉精度可用同樣的方法進行檢測，旋轉偏差通過校驗模體的角度刻度讀出。

3 設計優勢

與現有技術相比，本激光定位系統校驗模體融合了市面相關校驗模體的功能優勢，并且結構簡單、體積小、功能全、精度高，易于操作。此外，在模體中創新性地設計了中心嵌有金屬小球并可旋轉的測量面板，能靈活地實現不同方位激光設備的精度測量。底座專門設有水平調節旋鈕和氣泡水平儀，彌補了其他校驗模體無法校驗本體水平情況的缺點，提高了模體的擺位精度。通過對模體水平的精確調節，保證了測量結果的準確性和重復性。市面上幾乎所有的激光定位系統校驗模體都只是通過用戶目測來評估激光燈的重合度，無法準確地讀出偏差的大小，本模體設計的帶有刻度標識的測量面板可以更好地檢驗和校準光子、質子、重離子放療設備以及CT 模擬定位機激光定位系統X、Y、Z 方向激光燈的一致性，并且能準確地讀出激光線的具體偏差，實現定量分析，快速完成放療專用激光定位系統的質控。本模體同時設有成像系統精度校驗組件，可用于kV 或MV級成像系統等中心的位置驗證，通過kV 或MV 級成像系統獲取驗證所需任意機架角的模體二維影像，測量金屬小球中心位置與治療系統等中心位置的偏差，從而校驗kV 或MV 級成像系統與加速器旋轉等中心的一致性，功能多樣，校正精度高，顯著降低了制造成本。另外，本模體可以很好地實現圖像引導系統等中心精度的校驗，通過kV 級成像系統獲取的三維影像與模體CT 影像基于測量面板中心的金屬小球進行配準，得到三維成像系統的偏差，快速實現圖像引導系統的日常質控。

4 結語

隨著放療技術及放療設備的不斷發展與更新，腫瘤放療進入了精確定位、精確計劃、精確治療的時代，尤其是調強放療和立體定向體部放療（立體定向消融放療）技術的普及應用，對治療的精準性提出了更高的要求（如等中心精度要求±0.5 mm），因此放療各個環節的質量保證和質量控制顯得越來越重要[5-10]。但放療每個環節的精度檢測幾乎都需要借助專門的校驗模體來完成，任務繁重，且由于模體功能單一，測完一個項目往往需要更換一種模體重新進行擺位，大大降低了工作效率。因此，需要研制一種有效的工具來實現激光定位系統的質控工作，從而確?；颊叻暖煏r體位的重復性和精度。本激光定位系統校驗模體解決了現有校驗模體價格昂貴、結構復雜、體積大、校正精度低、功能單一等問題，其結構簡單、體積小、校正精度高，能夠快速實現放療專用激光定位系統的校驗，可很好地完成對激光定位系統的日常質控，并且操作簡便、功能多樣、成本低，具有廣泛的應用價值。