季茹，王景，汪志，裴曦，吳齊兵

1. 安徽醫(yī)科大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230032；2. 安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放療科，安徽 合肥 230022；3. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 放射醫(yī)學(xué)物理中心，安徽 合肥 230025

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的放療技術(shù)應(yīng)用到腫瘤的放射治療中，如三維適形放療、調(diào)強(qiáng)放療、圖像引導(dǎo)放療等。這些新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)直線加速器的精度要求越來(lái)越嚴(yán)格。根據(jù)美國(guó)醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)發(fā)布的TG142報(bào)告[1]，對(duì)于常規(guī)的放療技術(shù)，等中心的精度要求在±2 mm內(nèi)。近年來(lái)，體部立體定向放射治療（Stereotactic Body Radiation Therapy，SBRT）技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，目前被廣泛應(yīng)用于肺[2]、肝[3]、脊髓[4]和前列腺[5]部位的放射治療中。由于SBRT技術(shù)單次劑量高的特點(diǎn)，TG142報(bào)告要求用于SBRT技術(shù)治療的加速器等中心精度在±1 mm內(nèi)[1]。在放射治療過(guò)程中，加速器等中心位置的精度直接影響放射治療劑量傳遞的準(zhǔn)確性，若等中心偏差較大，可能會(huì)出現(xiàn)靶區(qū)漏照射以及鄰近正常組織的高劑量照射[6]，給人體帶來(lái)嚴(yán)重的放射性損傷。因此，在對(duì)患者進(jìn)行放射治療前，需要對(duì)加速器的等中心精度進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量驗(yàn)證[7]，常采用Winston-Lutz（W-L）實(shí)驗(yàn)對(duì)加速器的等中心進(jìn)行驗(yàn)證[8]。本研究擬使用電子射野影像裝置（Electronic Portal Image Device，EPID）采集圖像并用RIT113軟件對(duì)W-L實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以便評(píng)估RIT113軟件等中心驗(yàn)證的準(zhǔn)確性及精確度，確保放療的精準(zhǔn)進(jìn)行。

1 材料與方法

1.1 材料

瓦里安VitalBeam加速器及其EPID系統(tǒng)，EPID系統(tǒng)由圖像探測(cè)單元、圖像采集系統(tǒng)和專用工作站組成。該EPID采集到的圖像像素為1024×768，像素尺寸為0.39 mm × 0.39 mm，探測(cè)板有效面積為40 cm×30 cm。使用Eclipes13.6計(jì)劃系統(tǒng)，瓦里安3D Micrometer一端固定在治療床上，另一端通過(guò)一根桿子連接一個(gè)高密度金屬球（圖1），小球直徑為6 mm，在靠近治療床的一端有3個(gè)千分尺，可用來(lái)調(diào)整金屬球在左右（Lateral，LAT）、前 后（Lengthways，LNG） 和 上 下（Vertical，VRT） 方向上的位置。RIT113分析軟件，該軟件具有Patient QA、Machine QA和MLC QA功能，本研究主要使用Machine QA中3D Winston-Lutz（EPID）模塊。

圖1 瓦里安3D Micrometer

1.2 方法

1.2.1 重復(fù)性

射野大小為3 cm×3 cm，機(jī)架、機(jī)頭以及治療床角度均為0°，分別使用6 MV均整器模式（Flatten Filter，F(xiàn)F）和6 MV無(wú)均整器模式（Flatten Filter Free，F(xiàn)FF）X射線，劑量率600 MU/min，機(jī)器跳數(shù)10 MU，在加速器物理模式下出束，保持小球位置不變，使用EPID采集圖像，重復(fù)10次。

1.2.2 準(zhǔn)確性

在Eclipse13.6計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩組計(jì)劃，A組采用6 MV FF X射線，B組采用6 MV FFF X射線，兩組劑量率均為600 MU/min、射野大小3 cm×3 cm，16個(gè)射野角度如表1所示，機(jī)器跳數(shù)10 MU。首先，將高密度金屬球盡可能地放置在加速器等中心位置，記錄此時(shí)3D Micrometer上千分尺的讀數(shù)，在加速器物理模式下按射野角度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架、治療床及準(zhǔn)直器，并使用EPID采集圖像。然后，在此基礎(chǔ)上分別在LAT、LNG和VRT三個(gè)方向上單獨(dú)引入誤差，即在一個(gè)方向上引入誤差，保持其他兩個(gè)方向不動(dòng)，調(diào)整上述一個(gè)方向的千分尺，每次移動(dòng)0.25 mm，移動(dòng)范圍為-1～1 mm（即-1.00、-0.75、-0.50、-0.25、0.25、0.50、0.75和1.00 mm），金屬球每移動(dòng)0.25 mm，按計(jì)劃射野角度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架、治療床和準(zhǔn)直器，并用EPID采集圖像。最后，將采集的圖像導(dǎo)入RIT113軟件并分析結(jié)果。

表1 兩組計(jì)劃射野角度（°）

1.2.3 機(jī)架、治療床和準(zhǔn)直器到位精度對(duì)結(jié)果的影響

另外，在Eclipse13.6計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)C、D兩組計(jì)劃，C組采用6 MV FF X射線，D組采用6 MV FFF X射線。C、D組均含有兩個(gè)射野，一個(gè)射野機(jī)架、治療床和準(zhǔn)直器均為0°，另一個(gè)射野是機(jī)架準(zhǔn)直器角度為90°，治療床為0°。兩組劑量率均為600 MU/min、射野大小3 cm×3 cm。當(dāng)機(jī)架、治療床和準(zhǔn)直器角度均為0°時(shí)，在LAT和LNG方向上分別引入位移；當(dāng)機(jī)架和準(zhǔn)直器的角度均為90°，治療床角度為0°時(shí)，在VRT方向上引入位移。引入位移方式同實(shí)驗(yàn)A、B，在兩種情況下采集圖像：① 每次移動(dòng)金屬小球時(shí)，將機(jī)架、準(zhǔn)直器和治療床旋轉(zhuǎn)90°后再轉(zhuǎn)回原位，采集EPID圖像；② 每次只改變小球位置，保持機(jī)架、準(zhǔn)直器和治療床不動(dòng)，采集EPID圖像。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用軟件IBM SPSS 23進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，定量參數(shù)以±s表示，對(duì)符合正態(tài)分布的兩組資料行配對(duì)t檢驗(yàn)，對(duì)不符合正態(tài)分布的兩組資料行Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 重復(fù)性

由圖2和圖3可知，6 MV X射線在LAT和LNG方向歸一化后結(jié)果分別為0.994±0.031和0.998±0.009，6 MV FFF X射線在LAT和LNG方向上歸一化后結(jié)果分別為1.000±0.010 和 1.001±0.014。

圖2 RIT113等中心測(cè)試在6 MV FF X射線下的重復(fù)性曲線

圖3 RIT113等中心測(cè)試在6 MV FFF X射線下的重復(fù)性曲線

2.2 準(zhǔn)確性

本研究通過(guò)在LAT、LNG和VRT方向上分別引入已知位移來(lái)評(píng)估RIT113軟件識(shí)別小球中心相對(duì)于輻射中心的位移精度（表2）。RIT113軟件等中心測(cè)試在6 MV FF X射線和6 MV FFF X射線下的準(zhǔn)確性在LAT和LNG方向上有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），在VRT方向上沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

表2 兩種條件下RIT113等中心測(cè)試的準(zhǔn)確性比較（mm）

2.3 機(jī)架、治療床和準(zhǔn)直器到位精度對(duì)結(jié)果的影響

本文在用RIT113軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析時(shí)，引入的已知位移在圖像分析結(jié)果上表現(xiàn)為小球中心與輻射中心在水平和垂直方向上偏差。每次只引入一個(gè)方向上的位移，即另外兩個(gè)方向上位移理論上應(yīng)保持不變，若水平方向表示的是引入位移的方向，則垂直方向表示另外兩個(gè)方向，反之亦然。為了研究機(jī)架、治療床以及準(zhǔn)直器到位精度對(duì)結(jié)果的影響，本文分析C、D兩組計(jì)劃在兩種情況下的偏差，結(jié)果如表3所示。

表3 機(jī)架、準(zhǔn)直器和治療床到位精度對(duì)RIT113等中心測(cè)試準(zhǔn)確性的影響

3 討論

用于加速器等中心驗(yàn)證的方法主要有機(jī)械指針、基于膠片的W-L實(shí)驗(yàn)和基于EPID的W-L實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的使用機(jī)械指針驗(yàn)證加速器等中心的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，結(jié)果依賴觀察者，而且指針易損壞、容易錯(cuò)位，不適合常規(guī)使用[9]?；谀z片的W-L實(shí)驗(yàn)同使用機(jī)械指針驗(yàn)證加速器等中心一樣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且結(jié)果依賴觀察者[10]。不同物理學(xué)家對(duì)輻射過(guò)的膠片進(jìn)行反復(fù)分析表明，等中心的位置只能以0.3～0.4 mm的精度進(jìn)行估算[11]。為避免這一誤差的產(chǎn)生，臨床越來(lái)越多地使用EPID采集圖像，通過(guò)軟件自動(dòng)分析等中心偏差[12-16]。RIT軟件提供了一種無(wú)膠片、全自動(dòng)化等中心測(cè)試方法，可以自動(dòng)對(duì)EPID采集的圖像進(jìn)行分析[17]，從而避免引入觀察者的主觀誤差，但以往的研究并未考慮RIT軟件在測(cè)量過(guò)程中可能帶來(lái)的誤差。本文通過(guò)重復(fù)測(cè)量及引入已知位移對(duì)RIT113軟件等中心測(cè)量的重復(fù)性和準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證[17-18]。

日常對(duì)加速器等中心進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，使用FF模式射線較多，但FFF 模式經(jīng)常用于SBRT的治療[19]。而Zhang等[20]的研究表明由于均整器和參數(shù)設(shè)置等的影響，一種能量的等中心可能會(huì)偏離另一種能量，不同能量等中心之間存在差異，這就會(huì)影響放射治療的準(zhǔn)確性。因此，本文驗(yàn)證了RIT113軟件在兩種不同能量下的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。

本文在保持小球、機(jī)架、治療床以及準(zhǔn)直器不動(dòng)的情況下重復(fù)采集10張圖片，并使用RIT113軟件分析小球位置變化情況，兩種能量在不同方向上誤差均在0.02 mm內(nèi)，獲得了很好的一致性。A、B兩組實(shí)驗(yàn)通過(guò)引入位移來(lái)測(cè)試RIT113軟件的準(zhǔn)確性，從結(jié)果可以看出，該軟件可較好地計(jì)算出引入位移，6 MV FF X射線和6 MV FFF X射線平均偏差分別為（0.028±0.013）mm和（0.018±0.013）mm，精度較高。

本文A、B組實(shí)驗(yàn)在某一方向上引入位移時(shí)，另外兩個(gè)方向應(yīng)保持不變，但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)另外兩個(gè)方向上最大偏差達(dá)到了0.26 mm。為探究其原因，增加了C、D兩組實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這可能是機(jī)架、治療床及準(zhǔn)直器在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的到位精度所致。這是由外部因素導(dǎo)致的誤差，而非軟件自身的原因，但也會(huì)影響軟件分析加速器等中心精度的準(zhǔn)確性。Tsunda等[21]的研究同樣表明機(jī)架、準(zhǔn)直器等到位精度會(huì)對(duì)等中心驗(yàn)證產(chǎn)生影響。因此，在對(duì)加速器等中心進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，需要確保加速器機(jī)架、準(zhǔn)直器以及治療床的到位精度。此外，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有較大偏差時(shí)，需要進(jìn)行重復(fù)采集，以確保軟件分析等中心的準(zhǔn)確性。

使用EPID采集圖像對(duì)加速器等中心進(jìn)行驗(yàn)證，主要受圖像分辨率的影響。Ravindran[22]提出一種基于Matlab的等中心分析算法，其使用兩種不同分辨率的EPID，每種EPID使用兩種不同的能量（6和8 MV及2.5和6 MV）采集圖像，發(fā)現(xiàn)該算法對(duì)分辨率較高的EPID采集的圖像有更高的精度，不同能量之間結(jié)果沒(méi)有明顯差異。本文將A、B兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)RIT113軟件在6 MV FF和6 MV FFF兩種不同能量X射線下的準(zhǔn)確性在LAT和LNG方向上有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），在VRT方向上沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

本文通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了RIT113軟件在兩種不同能量下測(cè)試加速器等中心的重復(fù)性和準(zhǔn)確性，證明了其臨床使用的可行性。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)架、治療床及準(zhǔn)直器的到位精度會(huì)對(duì)加速器等中心測(cè)試的準(zhǔn)確性帶來(lái)影響，這需要在加速器等中心測(cè)試過(guò)程中采取相應(yīng)的措施，減少其帶來(lái)的誤差。高精度放療時(shí)代對(duì)加速器等中心的精度要求越來(lái)越高，提高加速器等中心分析算法的精度可能是未來(lái)發(fā)展方向之一。