Sugárterápiás szimulátorok minőségbiztosítása

Szerző: Dr. Zaránd Pál

 
A sugárterápia egyre több modern képalkotó eljárást alkalmaz. Ezek közül a legjellemzőbb, nem diagnosztikai célú eszköz a szimulátor. Ennek minőségbiztosításával kíván az előadás foglalkozni. Ebből következik, hogy a sugárterápiában alkalmazott diagnosztikai (), vagy elsősorban diagnosztikai eszközök (CT, MR, UH és újabban PET) minőségbiztosításával egyáltalán nem foglalkozik, és a szimulátor esetleges CT opciója sem tárgya. A CT szimulátor a szimulálás során ionizáló sugárzást és közvetlen képalkotást nem alkalmaz, ezért a klasszikus értelemben nem is szimulátor, és nem tárgya ennek az anyagnak.
A szimulátor, mint jól ismert, tulajdonképpen egy teleterápiás besugárzó berendezés mechanikájának és egy „C” íves képerősítő sugárforrásának és leképező rendszerének kereszteződéséből született. Ebből adódik, hogy minőségbiztosítása ezekkel a készülékekkel számos hasonlóságot mutat. Mivel elsődleges célja, hogy a terápiás mezőt szimulálja (Beams Eyes View, BEV metszet szerint), és a tervezett besugárzási mezők paramétereinek (koordináták, mezőméret, pozíciók, stb.) ellenőrzésére szolgál, a minőségbiztosítás elemei is elsősorban a mechanikai paraméterekre összpontosítanak. Ez már csak azért is érthető, mert egészen a legújabb időkig a legrosszabb képerősítők képminősége is jobb volt, mint pl. a legjobb mező-ellenőrző film-fólia kombinációké, vagy a megavoltos fotonokat alkalmazó EPID (Electronic Portal Imaging Device rendszereké). Újabban a nagy felületű amorf-szilikon detektorok megjelenésével a képminőség ugrásszerűen javult.
A szimulátor feladatából következik, hogy a mechanikai paramétereivel szemben támasz¬tott követelmények nem lehetnek kisebbek annál, amit a szimulált készülékeknél – elsősorban a gyorsítóknál – megkövetelünk, sőt, esetenként annál szigorúbbnak kell lenniük.
A terápiás szimulátorokkal kapcsolatos követelményeket a megfelelő IEC szabvány rögzíti, de jó összefoglalás a BJR 23. szupplementuma is. Nagyon fontos azonban, hogy az aktuális méréseinket mindig a kiindulási adatokhoz viszonyítsuk (ezek elvégzését ma már a 31/2001 EüM Rendelet is megköveteli). A gyártó cég átvételnél alkalmazott teszt lapját is érdemes gondosan tanulmányozni, ezek a vizsgálatok ugyanis tartalmazhatnak számunkra felesleges elemeket, de lehetnek más vonatkozásban hiányosak is.
Az alábbiakban a legfontosabb teszteket foglaljuk össze, utalva a szükséges módszerekre is. Az anyagot egy, az implementálást segítő melléklet (konkrét megvalósítás) és a teszteket és a tolerancia értékeket tartalmazó összefoglaló táblázat egészíti ki. A készüléket csak a tolerancia értékeken belül szabad üzemeltetni. Ha ezt meghaladó eltérés van, akkor haladéktalanul gondoskodni kell a javításról. Ha sürgősségi okból a készüléket használják, akkor azt csak az arra fel¬hatalmazott személy írásos engedélyével lehet megtenni.
Rendkívül lényeges, hogy a QC program minden esetben az orvosfizikusoknak kell irányítani.

Szükséges mérőeszközök

 

• Vizsgáló eszközök az optikai és a radiológiai vizsgálatokhoz (ld. pl. 1-3 ábrák)
• Az előbbiek elforgatásához, felszereléséhez segédeszközök
• Mechanikus pointer a 100 cm fókusz-asztal távolsághoz
• Izocentrum meghatározó eszköz
• Film (egyenként csomagolva)
• Képerősítőhöz teszt fantom
• Denzitométer
• Mérőszalag
• Milliméterpapír
• Vízszintező
• Súlyok az asztal terheléses vizsgálatához

 

Mechanikai ellenőrzések

 
A bevezetés megállapításából adódik, hogy a vizsgálatok egy része nagyon hasonlít azok¬hoz, amiket a besugárzó berendezéseknél is alkalmazunk (pl. lézerek beállítása, mezőellenőrzések, stb.). Ugyanakkor az a tény, hogy a szimulátor leképező rendszert is tartalmaz, azzal az előnnyel jár, hogy a mezőellenőrzések eredményeit közvetlenül a képerősítőn lát¬hatjuk. Ezt jól kihasználhatjuk, ha a vizsgáló eszköz a vizsgálandó mezővel együtt a fősíkoknak megfelelően a tolerancia határokat is tartalmazza. Ezzel a képerősítőn igen gyorsan és egyszerűen eldönthető a megfelelőség kérdése. Az alábbiakban néhány, általunk használt eszközt mutatunk be.
Egyszerű, házilag is elkészíthető eszközt tartalmaz az 1. ábra. Ez a 4 cm-es élű kocka négy oldalán azokat a kereszteket tartalmazza, amelyek a lézerek beállítására szolgálnak. Mivel a kockát a készülék „célkereszt”-je alapján állítjuk be, ezért a Theratron ágyúhoz, ahol a célkereszt András-kereszt, átlós jelölést is alkalmazó kockát (jobb oldal) készítettünk.
A 2. ábra olyan eszközt mutat, ami a fősugár, a fősíkok és a mezőhatárok mellett a tolerancia határokat is tartalmazza. Ennek a vastag kerettel rendelkező eszköznek a szélébe vannak azok a jelek, amik az 1. ábra kockáin is láthatók, és a lézerek ellenőrzésére szolgálnak.

1. ábra. Szimulátor, gyorsítók és Theratron kobaltágyú lézereinek napi ellenőrzésére használt kockák

2. ábra. Terápiás szimulátorok napi ellenőrzésére szolgáló eszköz (felülnézet)

 

A 3. ábra kereskedelemben kapható berendezést mutat. Lézerek és mezők (5 – 20 cm) ellenőrzése mellett a két lemez közé film szorítható, és így besugárzó berendezések vizsgálatára is alkalmas. A vizsgáló lap forgatható, és meghatározott szögekben rögzíthető. Az eszköz természetesen vízszintezhető.
Ha egy készülék megfelelő szoftverrel rendelkezik (és pl. hálózatba van kötve), akkor a képerősítőn látható képek tárolhatók, értékelhetők, vagy ki is nyomtathatók. Ebben az esetben is érdemes esetenként (pl. az éves ellenőrzésnél) filmet alkalmazni.

 

Mechanikai mérések

 
Fonálkereszt

A fősugár meghatározásának alapvető fontossága miatt ennek helyzetét mind optikailag, mind a képerősítőn naponta kell ellenőrizni. A napi ellenőrzéshez általában csak az “alaphelyzetet” (gantry függőlegesen, 0°, kollimátor és asztal 0°, mező, 100 cm fókusz-forgástengely és fókusz-bőr távolság) vizsgáljuk. Ha az intézmény többféle SAD-dal rendelkező készülékeket is használ (pl. gyorsítót és Theratron 780C kobaltágyút), akkor időnként valamennyi fókusz-tengely távolságon (FTT, vagy Focus Axis Distance, FAD) el kell végezni a méréseket. Célszerű a fonálkereszt működését – ritkábban – több irányban is ellenőrizni.

Optikai távolságmérő (ún. range-finder)

A napi ellenőrzést – akárcsak a fonálkereszt esetében - “alaphelyzetben” végezzük. Két mérésről van szó: A napi mérés az FTT-re korlátozódik és az optikai távolságmérő, a front pointer (ha van) jelzésének és a digitális kijelzés egybeesését ellenőrzi. Ritkábban – havonta – az optikai távolságmérőt különféle távolságokon is ellenőrizzük. Ezzel egyidejűleg az ellenőrzést más, használatos FFT-n és az alaphelyzettől eltérő irányokban is elvégezzük.

A lézerek ellenőrzése

A szokásos rendszerekben három vagy négy, egymástól független lézert alkalmazunk, melyek egy pontra, az izocentrumra illeszkednek. A három-lézeres rendszer két oldalsó keresztet és egy hosszanti vonalat tartalmaz, ezt egészítheti ki a negyedik, a mennyezetre, az izocentrum fölé szerelt, szintén két, egymásra merőleges vonalból álló irányfény. A napi ellenőrzés célja, hogy ellenőrizzük az illeszkedés megfelelőségét.
Az éves ellenőrzésnek tartalmaznia kell magának az izocentrumnak a meghatározását is. Erre szükség lehet akkor is, ha a rutin ellenőrzés ezt indokolttá teszi. Az izocentrum meghatározása többféle módszerrel is lehetséges. Erre a célra lehet speciális eszközt használni (pl. RADAC 2100), aminek kiegészítőivel és precíziós mozgató szerkezeteivel először az izocentrumot határozzuk meg, majd ehhez illesztjük a lézereket. Hasonló eljárás az egyszerűbb, az izocentrumot jelölő golyót vagy pointert és megfelelő precíziós mozgató szerkezetet tartalmazó eszköz. Ezt ugyanúgy, mint az előbbi eszközt, először nagyjából az izocentrumba állítjuk, majd szukcesszív approximációval (a diafragma és a gantry forgatásával) keressük meg a tényleges izocentrumot. A kiindulási értéket (ami pl. a mechanikus pointer által jelzett érték) alapul véve, abba megfelelő eszközzel filmre különböző irányokból exponálhatunk, és az ennek előhívásával keletkező „csillag” (star shot) adja a valódi izocentrumot (ld. gyorsítók QC).

Mező szélek

Az FTT és fősugár helyzetének ellenőrzése mellett a legfontosabb a mező méretet jelölő drótok képének ellenőrzése. Itt a mezőméretet, a szimmetriát, a párhuzamosságot és a merőlegességet kell ellenőrizni. A mérésekhez mindig drót(árnyék) középtől drót(árnyék) középig kell mérni. Ezek a mérések „alaphelyzetben” vizsgálják a beállítást, beleértve az izocentrumot és 10 cm x 10 cm-es mező leképezését is.
A havi ellenőrzésnek már része a leképezés ellenőrzése a szimulálható mezőméreteken (de rendszerint csak 5 – 20 cm mezőméretek között) és a függőlegestől eltérő gantry állásban.
Ezek során a következő követelményeknek kell eleget tenni:
A mezőhatároló drótokat (rendszerint színes lemezek, melyek belső szélét jelzik a drótok) azok teljes mozgási tartományukban ellenőrizni kell. A mai modern szimulátoroknál a kollimátorok aszimmetrikus mozgatása is lehetséges, ezért a mezőket ebben az üzemmódban is ellenőrizni kell. Általánosságban az IEC előírások érvényesek: mezőméretre a tolerancia , illetve 1%, amelyik a kettő közül nagyobb. Egy-egy oldalra ennek a fele, tehát és 0.5% érvényes.
Az ellenőrzések kapcsán a reprodukálhatóságot is vizsgálni kell, és ellenőrizni kell, nincs-e „hiszterézise” a mezőbeállításnak (azaz alulról, illetve felülről közelítve nem ad-e más mezőméretet), nem lötyögnek-e a mezőhatárt jelző elemek? Ezeket a hibalehetőségeket időszakosan valamennyi használatos FTT-n, és a kollimátor és a gantry különböző állásainál (90-os lépésekben) ellenőrizni kell. Könnyű és gyors ellenőrzési módszer az alaphelyzetben megfelelő szimulátor vízszintes opponáló mezéinek vizsgálata.

Napi ellenőrzés

A napi ellenőrzésnek ki kell terjedni a fenti négy paraméter vizsgálatára. Ehhez a szimulátort “alaphelyzetbe” (gantry függőlegesen, 0°, kollimátor állás 0°, mező, 100 cm fókusz-film távolság) állítjuk.
Az első három ellenőrzéshez az 1. ábrán látható kocka is elegendő, és ha csak az optikai mezőméretet ellenőrizzük, akkor ehhez egy milliméterpapír is elegendő. Mind a négy paraméter egyidejű vizsgálat lehetséges a 2. ábrán mutatott eszközzel. Ha ehhez megfelelő emelőszerkezet is rendelkezésre áll, akkor a lézerek, az optikai távolságmérő és a fonálkereszt között az esetleges eltéréseket numerikusan is könnyen meghatározhatjuk. A kollimátor forgatásával ellenőrizzük, hogy a fonalkereszt metszéspontja nem mozdul-e el? Mivel mind a fonálkereszt, mind pedig a mezőhatár jelző rendszer sugárárnyékot ad, nem kell attól tartani, hogy a képerősítőn más eredményt ad, mint az optikai ellenőrzés során (de ez képerősítőn is kontrollálható).
A havi ellenőrzések során a fenti vizsgálatokat 90°-os lépésekben négy gantry állásban is el kell végezni. Erre megfelel a 3. ábrán látható eszköz.

Asztal-ellenőrzés

Asztalforgás az izocentrum körül. Havonta elvégzendő ellenőrzés. A pontosság és reprodukálhatóság nagyrészt a konstrukciótól függ. A felhasználó nem sokat tehet, mert az asztal és a képerősítős rész közös alapkeretre van szerelve. Az ellenőrzés inkább a használat során bekövetkező kopás hatását vizsgálja. A digitális és a mechanikus kijelzéseket havonta ellenőrizzük, részletesebb ellenőrzés csak évente szükséges.
Függőleges mozgás. Ha a telepítés során nem tért el a függőlegestől, semmi oka, hogy később ez változzék (hacsak nincs erős kopás és ezzel együtt lötyögés). A havi ellenőrzésnél elég a függőleges mozgatás során a fonalkereszt helyének állandóságát vizsgálni. Az éves ellenőrzésnél a kopás hatása jobban észlelhető terhelés alatt.
Kijelzések. A mechanikus és a digitális kijelzések közül elegendő azokat ellenőrizni, amiket valóban használunk. Nálunk pl. a szimulátor adatokat csak a Dicom RT Plan kompozit modulon keresztül tudjuk a Varis/Vision rendszernek átadni. Ebben viszont a Varian a függőleges, oldalirányú és longitudinális asztalmozgásokat és a forgásokat nem implementálta, tehát akkor sem tudjuk használni, ha az a tervező rendszerben (pl. Focus) implementálva van. Ha valaki ezeket az adatokat használja, akkor a megkövetelt pontosság 1 mm, gyors ellenőrzés elegendő havonta.
(Súly)terheléses vizsgálatok. Ezeket elegendő az éves ellenőrzéskor elvégezni.
Asztalmozgás terhelés alatt. Az asztal funkcionálisan röntgen diagnosztikai asztal, vagyis a diagnosztikus energia tartományban kellően átvilágíthatónak kell lennie. Így nem várható el olyan mechanikai stabilitás, mint a terápiás asztaloknál. Különösen a hosszanti és az oldalirányú maximális elmozdulás alatt várható terhelés alatt lehajlás, billenés, ami az elhasználódás, kopás során nőhet. A billenés 0.5°-ig fogadható el, a lehajlás pedig maximum 5 mm lehet (mivel diagnosztikai asztalról van szó).
A képerősítő mozgató szerkezet

A képerősítő távolsága a fókusztól (a mező fősugarán mérve) a legfontosabb, havi ellenőrzést igénylő geometriai távolság, mert ez alapján történik a nagyítási faktor meghatározás, illetve a szoftver-korrekció. Az évi ellenőrzés a teljes mozgási tartományra terjed ki.

Gantry és kollimátor forgás

Elegendő ezeket havonta ellenőrizni (pl. 90°-onként, részletesebb ellenőrzést csak az éves vizsgálat során érdemes végezni.

Blokktartó

A blokktartót különböző kollimátor állásokban is ellenőrizni kell, célszerűen nemcsak a gantry kiindulási helyzetében, de legalább 90º vagy 270º állásban is.

Leképező rendszer

 
Képerősítő rendszer

A képerősítő félévente egyszerűen és gyorsan vizsgálható. Soron kívüli vizsgálat lehet szükséges, ha valamilyen oknál fogva valamilyen meghibásodásra gyanakszunk. Erre a célra megfelelő lehet a 31/2001 EüM rendelet szerinti vizsgálatra az OSSKI által használt ETR1 típusú, Wellhöfer gyártmányú eszköz, vagy a Leeds test object-ek közül a TOR 18FG (átvilágításra) és a TOR CDR (felvételre). Részletesebb vizsgálatot tesz lehetővé a T0.10 jelzésű (4. ábra) vagy a British J. of Radiology 23 Supplement-ban leírt eszköz (Ebbe az utóbbiba ólom drótokat építettek be a mezőméret ellenérzéshez, átlós irányokban 1.5 mm-es lyukak vannak 2 mm –es Al csíkban. Az ún. részletgazdagság vizsgálatra csíkok (különböző átmérőjű lyukak 1 mm –es Al csíkban) szolgálnak. Mindezeket réz lépcsős ék, 2 mm vastag ólom csík és fősugár jelölés egészíti ki.). Megfelelő szoftver és eszköz esetén az eredmény file-ban tárolható, vagy kinyomtatható.
A fenti vizsgálat tulajdonképpen a feloldóképesség és kontraszt feloldás állandóságát vizsgálja. Az alapértékeket éppen a szimulátor átvételi vizsgálata után elvégzett alapvizsgálat során állapítjuk meg, amint azt a 31/2001 EüM rendelet megköveteli. Az éves vizsgálatok azonosak azzal, amit minden képerősítős rendszernél el kell végezni (ld. ott).

Felvételi üzem

Ebben az üzemben a teljes leképező rendszert ellenőrizni kell. Ebbe természetesen beleértendő az előhívás is. Ezzel kapcsolatban a röntgen munkahelyek előírásaira utalunk. Bizonyos követelmények azonban a szimulátoroknál sokkal nagyobb súllyal esnek latba, mint a normális röntgen diagnosztikai berendezéseknél. Különösen az alábbiakra kell figyelni.

4a. ábra A T0.10 Leeds test object felépítése.

4b. ábra és képe a képernyőn

 
A szimulátoroknál a fókusz megfelelő beállítása, valamint a finom és a durva fókusz beállítása nagyon fontos. A képerősítős üzemmódban és a felvételi üzemmód nagy részében a finom fókuszt használjuk. Ezért a beállítást is a finom fókusszal kell végezni. Csőcsere kapcsún maximális pontosságra kell törekedni. A kétféle fókusz térbeli helyzete különböző, ezért a kétféle fókusszal készített kép is eltérhet, de ez nem haladhatja meg a 0.5 mm-t (100 cm FTT-n). Ezt félévenként és csőcsere után ellenőrizni kell.
A modern szimulátorokban a csőfókusztól mintegy 40 cm-re szerelik a mezőhatároló elemeket és a fonalkeresztet, így a képalkotó rendszeren kb. négyszeres nagyítás van. Ezért nagyon lényeges, hogy pl. a fonalkereszt kellően vékony legyen, a csőcsere esetén pedig gondosan kell megválasztani a csövet, hogy a fókusz lehetőleg pontosan a névleges helyre kerüljön. A szokásos fókusz méret 1.0 mm 1.0 mm (névleges érték).

Biztonságtechnika, egyebek

 
A napi minőségbiztosítási elemeket ki kell egészíteni a biztonságtechnikai ellenőrzésekkel is. Ezek elsősorban a mozgatható/cserélhető alkatrészek (blokktartó, kazetta-tartó, rács, stb.) mechanikus rögzítésére vonatkoznak. Ezeket naponta ellenőrizni és meghibásodás esetén azonnal javítani kell.
Az ún. egyéb biztonságtechnikai eszközöket (pl. vészleállító, ajtóérintkező, földelés, stb.) a megelőző-karbantartó programba kell iktatni, és ennek részeként (Magyarországon általában háromhavonta, illetve évente) kell rendszeresen ellenőrizni.

Irodalom

 
1. BIR (British Institute of Radiology) 1985 Criteria and Methods for Quality Assurance in Medical X-ray Diagnosis British Journal of Radiology Supplement 18 (London: British Institute of Radiology)
2. BIR (British Institute of Radiology) 1989 Treatment Simulators British Journal of Radiology Supplement 23 (London: British Institute of Radiology)
3. Horton PW, Deaville JL, Gamble JM and Gerard-Martin S 1987 Quality control tools for simulators Proceedings of the Fifth Varian European Clinac Users Meeting pp 133– 136 (Zug, Switzerland: Varian Associates)
4. HPA (Hospital Physicists Association) 1980 TGR 32 – Measurement of the Performance Characteristics of Diagnostic X-ray Systems Used in Medicine Hospital Physicists’ Association (York: IPEMB)
5. IAEA TECDOC 1040: Design and implementation of a radiotherapy programme: Clinical, medical physics, radiation protection and safety aspects. I.A.E.A., Vienna, 1998.
6. ICRU (International Commission on Radiological Units) 1992 Phantoms and Computational Models in Therapy, Diagnosis And Protection International Commission on Radiation Units and Measurements Report 48 (ICRU Publications, 7910 Woodmont Avenue, Suite 1016 Bethesda, Maryland 20814, USA).
7. IEC (International Electrotechnical Commission) 601-2-29. Medical electrical equipment. Part 2: Particular requirements for the safety of raditherapy simulators. Ed. 2. Geneva: IEC 1998.
8. IEC (International Electrotechnical Commission) 1993 TR 1170 Radiotherapy Simulators – Guidelines for Functional Performance Characteristics (Geneva: International Electrotechnical Commission)
9. IPEM 81 Physics Aspects of Quality Control in Radiotherapy (Edts.: W.P.M. Mayles, R. Lake, A. McKenzie, E.M. Macaulay, H.M. Morgan, T.J. Jordan and S.K. Powley) The Institute of Physics and Engineering in Medicine. York, 1999 ISBN 0 904181 91 X
10. IPSM (Institute of Physical Sciences in Medicine) 1981 Measurement of the Performance characteristics of Diagnostic X-ray Systems used in Medicine. Part III. The Physical Specification of Computed Tomography X-ray Scanners Institute of Physical Sciences in Medicine, Topic Group Report 32 (York: IPEM)
11. McCullough EC and Earle JD 1979 The selection, acceptance testing and quality control of radiotherapy treatment simulators Radiology 131 221–320
12. MDD (Medical Devices Directorate) 1994 The Testing of X-ray Image Intensifier– Television Systems Medical Devices Directorate Evaluation Report 94/07 (London: HMSO)
13. WHO (World Health Organisation) (1988) Quality Assurance in Radiotherapy (Geneva: World Health Organisation)

---