杨 涛，徐寿平，解传滨，丛小虎，龚 璇，曲宝林

（解放军总医院放射治疗科，北京 100853）

0 引言

激光定位系统是放疗过程中校正人体体位的一种装置，其可为放疗构建出可视化的三维空间坐标系，主要分为CT 模拟激光定位系统和加速器治疗激光定位系统，两者都可标定放疗等中心的位置，从而达到精确定位、精确摆位、精确放疗的目的。

激光定位系统对放疗定位、摆位照射十分重要，是放疗确定等中心坐标的依据。应用激光灯辅助摆位可以使患者在治疗和定位时的位置保持一致，同时也可提高每次治疗时摆位的重复性。放疗的模拟定位是精确放疗的起始阶段，也是极其重要的一个环节，之后的各个环节都要以定位的图像和数据作为基础，因此模拟定位产生的误差会作为系统误差贯穿治疗过程的始终，直接影响到放疗的精确性[1-4]。激光定位系统不但用于建立患者体位坐标系，在治疗计划设计好后也要用于患者摆位，使其与治疗等中心保持一致。而激光定位系统任何一项偏差都会造成患者放疗位置的改变，使患者实际接受的剂量发生变化，增加放疗并发症发生的概率，降低放疗疗效，甚至导致放疗的失败。因此，需定期对放疗激光定位系统进行质量保证和质量控制，及时地进行校准和维护，以确保其精度。

目前，用于验证和校准激光定位系统的模体绝大大多数为国外生产，不但价格昂贵，而且结构复杂、体积大、校正精度低、功能单一。而国内用于激光定位系统的模体相对较少，无法满足多功能的需要。基于以上情况，笔者设计了一种用于放疗激光定位系统的校验模体，不仅可实现CT 模拟定位机以及光子、质子和重离子放疗设备激光定位系统的校准，还可用于kV、MV 级机载成像系统等中心及治疗床到位精度的验证等。

1 设计

1.1 结构设计

图1 放疗激光定位系统校验模体结构示意图

放疗激光定位系统校验模体结构如图1 所示，主要由圆柱底座、固定立柱、中心旋转轴和测量面板4 个部分组成。圆柱底座用于支撑固定立柱和中心旋转轴，上面设有3 个水平调节旋钮和1 个气泡水平仪。水平调节旋钮用于调节圆柱底座某一方向的高低，气泡水平仪用于指示圆柱底座的水平情况。通过调节水平调节旋钮可使气泡水平仪指示水平状态，从而确保测量前整个模体的水平。固定立柱固定于圆柱底座上，用于支撑模体的整个架构，并且侧、顶面均标有长度刻度线，可用于测量治疗床Z 方向的到位精度。中心旋转轴置于固定立柱中，能够在固定立柱中旋转。中心旋转轴的外周壁和固定立柱的内周壁分别标有角度刻度线，可实现顺时针和逆时针360°旋转，并且旋转到某一固定角度（即内、外圆柱体表面刻度线吻合时）可以实现内部旋转圆柱体的固定。中心旋转轴的顶端固定有测量面板，为长方体，测量面板6 个面中心均刻有“十”字刻度线且中心嵌有金属小球，是进行激光灯位置校准、成像系统等中心精度及治疗床X、Y 方向到位精度校验的主要部件。

1.2 主要材料

本模体设计小巧，需要刚性较好的材料才能保证其精度和耐用性；为了防止拍片时产生伪影，同时不影响直径2 mm 金属小球的显像，密度低的材料可以更好地满足质控要求。而有机玻璃（polymethyl methacrylate，PMMA）具有机械强度较高、密度低、韧性好、抗拉伸和抗冲击的特点，并且价格低，易于加工，因此，除金属小球和气泡水平仪外，本校验模体其他组件均选用PMMA，密度约1.15 g/cm3。

1.3 主要功能

放疗激光定位系统校验模体主要可实现以下功能：

（1）可实现CT 模拟定位机以及光子、质子及重离子等放疗设备激光定位系统的校准。放疗激光定位系统精度要求不超过±1 mm，本模体可用于激光定位系统的日常质控，通过测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读出其偏差，同时根据偏差也便于对相应的激光系统进行调整。

（2）可实现放疗机载kV、MV 级成像系统等中心精度的检测和校准。放疗机载kV 和MV 级成像系统等中心允许精度为Φ2 mm，本模体测量面板中心嵌有直径为2 mm 的金属小球，通过在不同机架角度拍摄kV 或者MV 级X 射线平片，可以快捷且方便地检测成像系统等中心的偏差，从而用于机载kV、MV 级成像系统的日常质控及位置校准。

（3）可实现放疗治疗床或患者定位系统到位精度的检测和校准。放疗治疗床到位精度要求±1 mm或1°，通过测量面板和固定立柱上长度刻度线可实现治疗床X、Y、Z 方向短距离到位精度的检测和校准。通过中心旋转轴外固壁和固定立柱内周壁刻有的角度刻度实现治疗床旋转精度的检测和校准，能够很好地满足治疗床到位精度检测的需要。

2 使用方法

一台放疗设备通常最低需配备3 组外置激光定位系统，以下基于此来描述本模体的使用方法。将3组激光定位系统分别固定于治疗床的左、右和顶面的墙上，左侧激光定位系统标识着治疗床的升降和进出方向（即Z 和Y 方向），用ZL和YL表示；右侧激光定位系统和左侧的一样标识着治疗床的升降和进出方向，用ZR和YR表示；顶部激光定位系统标识着治疗床的进出和左右平移方向（即Y 和X 方向），用Xtop和Ytop表示。校准过程就是要检测所有同方向的激光线是否重合，并且与医用直线加速器机头上光野“十”字标识的等中心是否一致，如果出现偏差，则需要对激光定位系统进行调整。

（1）摆位：在使用校验模体时，首先将医用直线加速器机架、小机头及治疗床角调至零度，打开光野即会相应地投影一个“十”字线，该“十”字线代表射野中心。其次将校验模体置于治疗床上，固定刻度面板于零位，调节水平调节旋钮，同时观察气泡水平仪使校验模体处于水平状态，使光野“十”字线与模体测量面板顶面的“十”字刻度线重合，随后再将机架旋转至90°或270°，升降治疗床使校验模体侧面与“十”字刻度线重合。最后将机架旋转到零度，即完成校验模体的摆位。

（2）激光定位系统的检测与校准：摆位完成后，打开所有激光灯，检查代表相同方向的激光线是否在校验模体相应刻度线上重合，即在摆好模体的情况下检查ZL和ZR，YL、YR和Ytop，Xtop和测量面板X方向的刻度线是否重合在同一刻度线上，其重合情况以及某一方向激光线的具体偏差很容易从模体上得到，根据相应方向的偏差情况对相应激光设备进行调整和校准，从而保证其一致性，完成校验。同理，校验模体还可用于CT 模拟定位机和质子、重离子等放疗设备激光定位系统的校验，对于非正交方位的激光定位系统，为了方便校验可通过旋转测量面板实现，具体过程和光子校正过程相同。

（3）成像系统等中心精度检测：摆位完成后（如果激光定位系统已完成校验，以后可通过激光定位系统进行校验模体摆位），将机架旋转至预设角度进行kV 或者MV 级X 射线平片拍摄，此时会得到校验模体及金属小球在该角度的影像，通过观察或测量软件预设的机器等中心“十”字中心与金属小球的位置关系来判断此时成像系统等中心的位置偏差。通过检测不同机架角成像系统的等中心偏差来判断其整体的精度。

（4）治疗床到位精度测量：摆位完成后，打开激光灯，记录好激光灯在校验模体上的位置，然后移动治疗床。以进出治疗床为例，在加速器操作软件上输入要移动的具体距离，移动完毕后，检测此时激光灯在模体上对应的刻度，通过计算得到治疗床的到位偏差。同理，治疗床的升降、左右平移以及旋转精度可用同样的方法进行检测，旋转偏差通过校验模体的角度刻度读出。

3 设计优势

与现有技术相比，本激光定位系统校验模体融合了市面相关校验模体的功能优势，并且结构简单、体积小、功能全、精度高，易于操作。此外，在模体中创新性地设计了中心嵌有金属小球并可旋转的测量面板，能灵活地实现不同方位激光设备的精度测量。底座专门设有水平调节旋钮和气泡水平仪，弥补了其他校验模体无法校验本体水平情况的缺点，提高了模体的摆位精度。通过对模体水平的精确调节，保证了测量结果的准确性和重复性。市面上几乎所有的激光定位系统校验模体都只是通过用户目测来评估激光灯的重合度，无法准确地读出偏差的大小，本模体设计的带有刻度标识的测量面板可以更好地检验和校准光子、质子、重离子放疗设备以及CT 模拟定位机激光定位系统X、Y、Z 方向激光灯的一致性，并且能准确地读出激光线的具体偏差，实现定量分析，快速完成放疗专用激光定位系统的质控。本模体同时设有成像系统精度校验组件，可用于kV 或MV级成像系统等中心的位置验证，通过kV 或MV 级成像系统获取验证所需任意机架角的模体二维影像，测量金属小球中心位置与治疗系统等中心位置的偏差，从而校验kV 或MV 级成像系统与加速器旋转等中心的一致性，功能多样，校正精度高，显著降低了制造成本。另外，本模体可以很好地实现图像引导系统等中心精度的校验，通过kV 级成像系统获取的三维影像与模体CT 影像基于测量面板中心的金属小球进行配准，得到三维成像系统的偏差，快速实现图像引导系统的日常质控。

4 结语

随着放疗技术及放疗设备的不断发展与更新，肿瘤放疗进入了精确定位、精确计划、精确治疗的时代，尤其是调强放疗和立体定向体部放疗（立体定向消融放疗）技术的普及应用，对治疗的精准性提出了更高的要求（如等中心精度要求±0.5 mm），因此放疗各个环节的质量保证和质量控制显得越来越重要[5-10]。但放疗每个环节的精度检测几乎都需要借助专门的校验模体来完成，任务繁重，且由于模体功能单一，测完一个项目往往需要更换一种模体重新进行摆位，大大降低了工作效率。因此，需要研制一种有效的工具来实现激光定位系统的质控工作，从而确保患者放疗时体位的重复性和精度。本激光定位系统校验模体解决了现有校验模体价格昂贵、结构复杂、体积大、校正精度低、功能单一等问题，其结构简单、体积小、校正精度高，能够快速实现放疗专用激光定位系统的校验，可很好地完成对激光定位系统的日常质控，并且操作简便、功能多样、成本低，具有广泛的应用价值。