【作 者】王运来，廖雄飞，葛瑞刚

解放军总医院放疗科，北京，100853

影像引导是放射治疗的新技术，目前主要用医用电子直线加速器机载的kV级锥形束CT获取患者治疗部位的影像，然后与治疗计划设计时采用的CT图像进行配准，得到患者的摆位误差并进行相应修正[1-2]。kV级锥形束CT成像过程中必然增加患者的辐射剂量，同时，X线机头辐射输出量的大小和稳定性对影像质量影响很大。在保证影像质量的前提下，尽量减少患者的照射剂量，需要掌握X线机头辐射输出量的特性[3-5]。本研究采用Unidos剂量仪和0.6cc电离室在空气中对Synergy医用电子直线加速器机载kV级锥形束CT系统的辐射剂量随管电压、管电流和曝光时间的变化、辐射剂量输出稳定性及其随机架角度的变化进行测量分析；在RW3固体水中测量了百分深度剂量；并对影响剂量的因素进行讨论。

1 材料与方法

1.1 锥形束CT

本研究采用医科达公司的XVI锥形束CT，它由X线高压发生器(Comet DX-9 X)、非晶硅探测器面板(Perkin Elmer Optoelectronics)和基于FDK重建算法的数据采集和分析软件组成。高压发生器采用风冷式散热、脉冲式输出，常用的高压主要有80、100、120和140 kV，采用相同的过滤。准直器包括大中小3类多种规格，可以根据解剖部位进行小视野、中视野和大视野成像。非晶硅探测器面板相对于射线源的位置在成像时根据选取准直器的大小作相应调整。成像预置参数主要包括高压、管电流、每桢图像的获取时间、准直器型号和机架旋转角度等，重建参数主要包括重建算法和像素矩阵大小。成像功能有拍片(PlanarView)、透视(MotionView)和锥形束CT(VolumeView) 3种模式。

1.2 空气比释动能

X线诊断设备的输出剂量常用空气比释动能表示，可以直接测量。将0.6cc电离室在碳纤维治疗床面上用胶带固定，为了避免床面散射线的影响，电离室伸出床面。调整治疗床的位置使电离室灵敏体积的中心位于加速器等中心。Unidos剂量仪作为静电计，测量前预热半小时，输入治疗室温度和气压。剂量仪经国家计量院校准。改变管电压、管电流、曝光时间，测量计数。分析比释动能随管电压、管电流、曝光时间和图像桢数的变化。为了提高信噪比，减少测量误差，本研究的测量条件选取最大曝光条件。

输出剂量的稳定性对影像质量影响很大，拍片模式下选取管电压100kV、管电流为160mA 、单帧图像曝光时间为40ms，重复测量20次，分析其平均值和标准偏差。输出剂量随加速器机架角的变化采用相同的曝光条件，加速器机架角在0°到360°范围内每隔30°测量，每个角度重复测量3次，取平均值。

1.3 百分深度剂量

百分深度剂量主要用于计算患者体内的吸收剂量。百分深度剂量用0.6cc电离室和Unidos剂量仪在RW3固体水中测量。固定源皮距SSD=100cm，改变固体水的厚度，测量计数。百分深度剂量用体模表面的剂量值归一。

2 结果

2.1 空气比释动能

单帧图像的曝光时间固定为40 ms，对不同的管电压和管电流，拍片模式下空气比释动能随管电压的变化如图1所示。结果显示，输出剂量随管电压非线性变化，可用二次多项式函数拟合。管电流为160 mA时，拟合方程为Kair=-0.605-0.0011●

kV+0.000304●kV2。

图1 空气比释动能随管电压的变化Fig.1 The variations of air kerma with the tube voltage

固定管电压，空气比释动能和管电流、曝光时间的关系见图2、图3。由图2和图3可以看出，输出剂量随管电流和曝光时间线性变化。

管电压为140 kV和 曝光时间为40 ms时，空气比释动能随管电流变化的拟合结果为Kair= - 0.033+0.0328●mA，线性相关系数R=0.999。

管电压为120 kV 和管电流为80 mA时，空气比释动能随曝光时间变化的拟合结果为，Kair=-0.069+0.0477●ms，线性相关系数R=0.999。

图2 空气比释动能和管电流的关系Fig.2 The relation between air kerma and tube current

图3 空气比释动能和曝光时间的关系Fig.3 The relation between air kerma and exposure time

透视模式管电压常用80 kV和100 kV，管电流250mA曝光时间40 ms条件下空气比释动能和图像桢数的关系见图4。管电压为100 kV，管电流为250 mA，单帧图像曝光时间为40 ms，空气比释动能随图像桢数变化的拟合结果，Kair=-0.0349+0.0476●frame，线性相关系数R=0.998。

2.2 输出剂量的稳定性

图4 空气比释动能和图像桢数的关系Fig.4 The variations of air kerma with frames

输出剂量稳定性的测量分为连续重复测量和分次重复测量进行。连续重复测量时，由于采用的管电流和曝光时间比较高，X线机的热容量很快上升，靶温度升高，射线输出量随之增加。当热容量达到90%时，停机冷却至9%继续测量。分次测量时，每次控制测量间隔，使热容量保持在9%到20%之间，X线输出量有波动，但数值变化较小，见图5。结果显示空气比释动能的相对偏差小于1%

图5 空气比释动能的稳定性Fig.5 The stability of radiation output

管电流为250 mA、曝光时间为40 ms时，空气比释动能随机架角度的变化见图6。结果表明，输出剂量随机架角度稍有变化，变化幅度小于1%，变化幅度和机架角度以及射线质没有关联。

图6 空气比释动能随机架角度的变化Fig.6 The variations of air kerma with gantry angle

2.3 百分深度剂量

源皮距SSD=100 cm时，采用S20准直器，RW3固体水中测量的百分深度剂量由图7给出。所有能量的X线，最大剂量点位于体模表面；能量越高，百分深度剂量越大。

3 讨论

图7 体模中的百分深度剂量Fig.7 The percentage depth dose in solid water phantom

锥形束CT采用的X线能量较低，空气中散射产生的次级电子能量低，射程短，轫致辐射份额很小，吸收剂量数值上近似等于空气比释动能，X线输出剂量常用空气比释动能来表示，用电离室在空气中直接测量。空气比释动能和射线质、准直器、管电压、管电流以及曝光时间有关。XVI采用脉冲式设计，透视模式下曝光时间等于图像桢数与单桢图像曝光时间的乘积。本文的测量结果显示，XVI系统X线输出剂量稳定，模体中的百分深度剂量符合kV X线的剂量学特性，管电压越高百分深度剂量越大。

锥形束CT是一种新型的成像设备，X线发生器和探测器既不同于常规诊断的X线机，也不同于常用的CT设备。功能上既能进行平面拍片和透视成像，也能进行CT扫描。独特的功能和设计，使其X线剂量输出别具特色。了解和掌握设备的剂量输出性能有利于发挥设备的功能。

辐射危害的定量评估是放射医学、辐射剂量学和辐射防护面临的重大课题。放射治疗中对患者的防护是值得关注的问题。X线输出剂量对影像质量影响很大，根据具体的临床需求，在保证影像质量的同时，最大限度地减小患者接受的剂量。锥形束CT的使用次数多，成像参数和辐射剂量的动态变化范围大，使用过程中应定期对X线输出剂量、射线质、射线束照射野的均匀性和稳定性进行检测，测量结果归档记录，是质量保证与控制的重要内容。

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