基于NCC/T-RT 001-2019質(zhì)控指南進行醫(yī)用加速器質(zhì)控的研究

顧香蓮， 顧煜愷， 龔卿

上海中醫(yī)藥大學附屬龍華醫(yī)院 放療科，上海 200032

引言

對醫(yī)用直線加速器進行定期的質(zhì)量控制測量，是保證其性能良好、安全治療腫瘤病人的重要手段。國內(nèi)目前的加速器擁有量已經(jīng)超過2000多臺，大部分是近十年引進的前沿高端機型， 也配套了各種不同的先進質(zhì)控器械。國家癌癥中心基于國標[1]和我國長期的放射治療實踐[2]于2019年發(fā)布了NCC/T‐RT 001‐2019《醫(yī)用電子直線加速器質(zhì)量控制指南》[3]（以下簡稱“指南”）。與國外的同類規(guī)程[4‐10]相比，本版指南的特點是在制定誤差標準之外還對各種測試的試驗方法作了詳盡的規(guī)定，這些方法相對比較經(jīng)典，兼顧了最簡單的配置。但放射治療的技術(shù)和設(shè)備在不同的單位具有不平衡性，指南規(guī)定的方法難免在各地實施過程中會有偏差并得到不同的結(jié)果。

根據(jù)指南對瓦里安Trilogy電子直線加速器的質(zhì)控檢測發(fā)現(xiàn)其中的5.1.2光距尺、5.11～12動態(tài)多葉準直器（Multi‐Leaf Collimator，MLC）葉片位置和5.13～15的機架、光欄和治療床同心度的測試方法本身都有可能引進誤差。如使用20 cm固體水體模會導致治療床面彎曲；束流懸停記錄會影響MLC日志文件的分析結(jié)果；使用膠片上狹長條帶推測等中心會因為光欄頁位置帶來偏離。本研究因此對這三方面內(nèi)容作了一些更深入的測試：在光距尺測試中引入千分計測量因體模引起的床面彎曲并使結(jié)果達到亞毫米精度；對MLC動態(tài)照射的日志文件Dynalogs進行葉片位置誤差統(tǒng)計分析時將束流懸停記錄剔除統(tǒng)計會得到更準確的結(jié)果，但僅對葉片位置進行誤差分析并不包含劑量因素，因此無法等效所需的通量[11‐15]，結(jié)果也沒有通量相關(guān)性統(tǒng)計學意義，而目前主流的電子射野影像系統(tǒng)（Electronic Portal Imaging Device，EPID）劑量圖像能更精確、也更方便地給出MLC動態(tài)照射誤差結(jié)果； EPID圖像系統(tǒng)在很多場景都顯示出比膠片更為優(yōu)越的性能，因此在機架、光欄和治療床等中心的試驗中使用EPID取代膠片能得到性價比更好，更為準確的結(jié)果[16‐18]，而使用 Winston‐Lutz 方法[19‐20]，能更提高結(jié)果的分辨率和精度。

本研究使用的實驗方法對這三項測試得到了一些與相關(guān)允許誤差值分辨率相匹配的結(jié)果，也希望這些結(jié)果對同行有參考借鑒作用，在進行同類測試時改進試驗方法，得到更精確的結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 光距尺指示準確度測試中的床面負重影響

指南5.1.2中規(guī)定的試驗方法是在機架0°，30 cm×30 cm的射野下觀察源皮距為100 cm時光距尺與前指針的讀數(shù)差異，然后在床面上放置20 cm厚的體模，觀察光距尺讀數(shù)與實際值的偏差；并在20 cm厚體模距為100 cm時比較移去體模前后的光距尺讀數(shù)與實際值的偏差。性能要求誤差≤2 mm，頻度為日檢。

放療常用的固體水體模的大小為30 cm×30 cm，20 cm厚的體?？傊亓考s為18 kg。床面負重后彎曲會影響到上述測量結(jié)果，指南沒有考慮這個影響引進的誤差。常用的床面彎曲測量方法為激光在直尺或卷尺上的投影，這種測量在毫米量級全靠估計，分辨率與允許誤差基本上重合。我們在床面于等中心略偏下的位置比較用鋼尺和千分計測量20 cm體模負重對床面的位置影響。采用鋼條尺測量時，我們將其固定于一立方小體模上，床高變化用計算激光線在鋼條尺上的投影位置差得到（圖1a）；采用千分尺測量時，將千分尺固定于加速器床面上，調(diào)整千分尺探針使之與垂直激光線重合并頂住固定于機頭上的照射孔，然后記錄移去體模前后探針的讀數(shù)變化（圖1b）。

圖1 治療床面彎曲測量裝置

1.2 MLC葉片到位準確度

指南的5.11和5.12涉及MLC葉片在Step & Shoot和Sliding Windows（SS和SW，下同）調(diào)強治療時的葉片位置誤差統(tǒng)計要求。葉片的動態(tài)的性能檢測采用MLC系統(tǒng)的日志文件，要求葉片位置的均方根誤差不超過1.5 mm，95%的誤差計數(shù)不超過1.5 mm。

對SS和SW照射過程中MLC系統(tǒng)生成的Dynalogys日志文件使用瓦里安的Dynalogs Viewer（以下簡稱DV）和Argus兩款軟件進行葉片位置誤差均方根分析。Dynalogys文件中有25000條記錄機器量百分比、出束狀態(tài)和120個MLC葉片預(yù)期位置和實際位置的信息。在DV分析中用戶沒有任何參數(shù)可調(diào)，但Argus軟件可以區(qū)別SS照射中葉片在子野間的運動（Transition points）和SW中出束與懸停（如超過15 cm野寬時MLC葉片基座需要暫停束流運動到下一個位置間的狀態(tài) ‐ Regardless of beam state / while beam on only）。除了對Dynalogys文件采用不同的軟件分析之外，我們還在記錄Dynalogs日志文件的同時對調(diào)強射野進行了EPID劑量學圖像采集，并與預(yù)測圖像進行g(shù)分析。

1.3 機架、光欄和治療床的同心度

指南的5.13、5.14和5.16是機架、光欄和治療床的同心度測試，規(guī)定的測量方法是使用不同的角度下的狹長野照射等中心位置上的膠片，然后分析膠片上各射野黑度中心的交點分布范圍。

本院沒有膠片黑度分析系統(tǒng)，所以采用EPID平板進行Winston‐Lutz方法檢測（圖2）。測試在加速器主光欄形成的3 cm×3 cm的方野和由f 10 mm SRS照射孔形成的圓野下進行。采集圖像時，先安裝SRS照射孔，再在燈光野下旋轉(zhuǎn)機架和光欄細調(diào)小球的位置使小球周圍的光環(huán)對稱，然后用EPID在13個預(yù)設(shè)的機架、光欄和治療床角度組合位置采集圖像。圖像采集完畢后維持小球的位置不動，取下照射孔再用3 cm×3 cm的方野作同樣的圖像采集。所有的圖像導入Mobius DoseLab中的Winston‐Lutz模塊自動尋找射野中心和小球中心后作同心度分析。

圖2 Winston‐Lutz測試裝置

2 結(jié)果

2.1 床面負重影響

用鋼條尺測得的治療床前端在等中心附近有/無20 cm體模負重情況下的床面高度變化在1.0～1.5 mm之間；用千分尺在同樣條件下測得的床面高度變化為（1.42±0.03） mm。

2.2 MLC日志文件分析結(jié)果

調(diào)強照射野的MLC Dynalogs日志文件分析結(jié)果如表1所示。結(jié)果顯示，對所有的SS射野，剔除Beam‐hold狀態(tài)的Argus葉片均方根誤差均為0.01 mm，說明這是一個葉片到位精度非常好的投照。但如果按DV將所有數(shù)據(jù)列入統(tǒng)計，葉片的均方根誤差為1.095±0.695 mm，上限超過了指南誤差標準。將DV和Argus統(tǒng)計得到的葉片位置均方根偏差與EPID劑量影像的不通過率[1‐g (3%，2 mm) ]一起輸入SPSS 24.0作Spearman秩相關(guān)分析后的結(jié)果如表2所示，由于它們的P值都遠大于0.05，說明葉片位置均方差與通過率之間沒有相關(guān)性。

表1 MLC Dynalogys分析結(jié)果

表2 葉片均方根偏離與通量評估相關(guān)性分析

2.3 光欄射野與SRS照射孔射野對Winston-Lutz結(jié)果影響

圖3是Mobius DoseLab的Winston‐Lutz模塊在機架、光欄和治療床均為0°影像的分析結(jié)果，圖3a是3 cm×3 cm方野的影像，圖3b是f10 mm SRS 照射孔的圖像。在有/無SRS照射孔的情況下采集的13個角度組合圖像分析結(jié)果如表3所示。表4是將這些圖像結(jié)果按機架、光欄、治療床和三者組成的系統(tǒng)總體結(jié)果。

表3 Winston‐Lutz測試圖像分析結(jié)果

表4 機架、光欄、治療床與系統(tǒng)的總偏離

圖3 機架270°、光欄0°和治療床0°時的Winston‐Lutz圖像及分析結(jié)果

3 討論

實施SRS/SBRT等精確治療的加速器，使用本身線寬為1 mm左右的激光投影直尺或坐標紙作測量，其分辨率和1 mm的允許誤差標準是不匹配的。在加速器質(zhì)控測量中引入精度更高的千分尺能將測量分辨率提升兩個數(shù)量級，并使結(jié)果更可靠，讀數(shù)更方便。

鋼條尺確認了引入20 cm體模使床面彎曲，千分尺將彎曲幅度定量到1.42 mm，占該項質(zhì)控測量允許誤差的70%左右。指南本意是光距尺需確保等中心±20 cm范圍內(nèi)的準確性，并且消除治療床上下運動20 cm帶來的誤差。但體模本身帶來床面負重彎曲的新誤差，且幅度可達允許值的70%，因此對“20 cm體?！钡闹亓拷缍〞诤艽蟪潭壬嫌绊懝饩喑邷蚀_性的結(jié)果。另外，在兩個床面高度位置上搬動體模，在晨檢中也比較耗時。

質(zhì)控檢測項目的頻度，應(yīng)該按照該項目在日程治療中使用的概率和其失效帶來的風險程度來評估[15‐16]。適形、調(diào)強和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強及圖像引導在目前放射治療中的使用越來越廣泛，病人的位置的誤差主要取決于機房激光系統(tǒng)和由影像系統(tǒng)及后處理軟件的精度。有些加速器，如瓦里安新一代的Halcyon[21]，完全采用激光擺位和圖像驗證而不再配置光距尺。光距尺目前主要用于電子線照射，治療距離一般在97～105 cm之間（過短會發(fā)生限光筒碰撞病人，過長則引起電子線劑量計算算法失效），這個距離區(qū)間完全落在前指針標桿的范圍內(nèi)。因此對光距尺的日檢，每天評估一下等中心點附近的誤差即可。對用于IMRT/VMAT的加速器，應(yīng)該更加關(guān)注與激光燈系統(tǒng)和圖像引導系統(tǒng)的精度和分辨率，而對需要用于SRS/SBRT的加速器，除了激光系統(tǒng)，特別是圖像引導系統(tǒng)需要有更高的精度之外，在檢測頻度上也許還應(yīng)該加上每次SRS/SBRT治療實施前。

從調(diào)強治療的MLC Dynalogys文件分析結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，使用剔除SS束流懸停數(shù)據(jù)的Argus軟件得到的結(jié)果總是好于包含全部數(shù)據(jù)的DV結(jié)果。這是因為在Dynalogys中所有的葉片位置“預(yù)期值”都代表了一個動態(tài)投照的控制點或者是控制點間的內(nèi)插。而Dynalogys中的“實際值”則可能是在SS中兩個子野切換過程中的葉片位置，或者是SW照射時需要葉片基座運動時束流處于懸停時葉片的過渡狀態(tài)位置，它們的共同特點是“實際值”不在“預(yù)期”位置上，但這些時刻沒有束流，實際上也沒有劑量影響，相應(yīng)的射野劑量圖像的g通過率很高，說明雖然有些葉片位置誤差比較大，但由于沒有束流，這些位置誤差并不產(chǎn)生實質(zhì)性的劑量誤差。此外，盡管這些統(tǒng)計結(jié)果均在誤差允許標準之內(nèi)，但是其中有一個野（Step & Shoot LF_2）的g通過率還是低于95%的標準，相關(guān)性分析也說明葉片位置均方差與通量通過率的關(guān)系并不簡單相關(guān)。

一般廠商提供的葉片分析內(nèi)含軟件，如瓦里安的DV，主要是用于MLC性能分析。但不同的軟件，不同的設(shè)置，得到的結(jié)果也不同。AAPM TG‐142[4]報告中這個誤差的上限是0.35 cm，指南改到了0.15 cm，可能帶來更多的MLC被顯示“超標”，但實際上這些超標很可能沒有劑量學的影響。

所以對MLC動態(tài)性能的測試更為可靠的方法應(yīng)該是劑量圖像測試，如Picket Fence通量是反映劑量和位置關(guān)系較好的測試模式，采用比一般病人計劃驗證更為嚴格的參數(shù)值[如g(2%,1 mm)]能更準確地評估MLC動態(tài)照射時的劑量、位置準確性[7,13,19,22]。

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強現(xiàn)在得到越來越廣泛的應(yīng)用，因此MLC質(zhì)控還需要增加MLC在不同的機架角、角速度和劑量率組合下的性能。廠商提供的VMAT質(zhì)控計劃及評價指標，或者用戶自定的基準計劃也應(yīng)該作為加速器定期質(zhì)控的內(nèi)容。

Winston‐Lutz 試驗過去多用于SRS/SBRT場合，在加速器質(zhì)控年檢中使用鮮有報道，但是對需要進行SRS/SBRT照射的加速器，膠片條帶方法顯得難以保證與1 mm允許誤差匹配的測量分辨率，使用Winston‐Lutz測試，可以將使這個結(jié)果精度提升到亞毫米量級。

從使用3 cm×3 cm的射野和f 10 mm的SRS照射孔成像并進行Winston‐Lutz分析的結(jié)果中看到，盡管小鋼球位于空間同一位置，但是從使用主光欄方野和從SRS照射孔圓野中得到的機架、光欄和治療床的同心度結(jié)果卻相差了1倍多。按Winston‐Lutz原理[13,23‐24]，分析結(jié)果中的“偏離”指的是射野中心與鋼球中心的差距。射野中心的是根據(jù)影像上射野灰度邊緣推斷的，鋼球中心則是圖像中圓形低灰度區(qū)域的中心。在13個機架、光欄和治療床角度組合的3 cm×3 cm的方野中，射野影像并不總是呈正方形，這可能是主光欄的位置隨機架旋轉(zhuǎn)時因重力影像位置發(fā)生偏離，或者光欄頁位置定標在小野時有些偏離所致，并被程序模塊解讀為“射線軸”的偏離。光欄頁位置因重力引起的偏離，實際上會在使用對膠片時影響對黑度中心的判定，在射野中心推斷上引入誤差。而使用SRS照射孔，由于照射孔與機頭緊密固定，不存在類似光欄頁位置的誤差問題。

解讀Winston‐Lutz結(jié)果需要重新認識“等中心”的意義，但包括AAPM TG‐142等報告在內(nèi)的很多文獻在涉及加速器的等中心的描述時都有些語焉不詳[23]。反過來，等中心的尋找并確立一個日常描述體系是加速器數(shù)據(jù)采集和調(diào)試的前提[5]。過去，等中心被認為是加速器機架轉(zhuǎn)軸和光欄轉(zhuǎn)軸的交點，而且這兩根轉(zhuǎn)軸的相互垂直是不言而喻的。但如果從1.0 mm精度的SRS/SBRT尺度上看，它們是否一定相交并相互垂直是有待驗證的[20,23]。 此外，為了達到1.0 mm的精度，測量上應(yīng)該如何來適配并且確保亞毫米的分辨率和置信度？按指南推薦使用膠片條帶的方法，在照射膠片之前似乎還需要解決如何準確將膠片置于這個“等中心點”參考系和如何關(guān)聯(lián)這三張膠片上的等中心問題。顯然，稍有不慎，結(jié)果就會突破1.0 mm的誤差范圍。

4 結(jié)論

本文對NCC/T‐RT001‐2019指南中光距尺、動態(tài)MLC葉片位置誤差和機架光欄治療床同心度的試驗方法進行了實驗和分析，結(jié)果表明體模在光距尺的檢測中帶來額外的床面彎曲誤差；從MLC的日志文件中統(tǒng)計的葉片位置均方根偏離與通量通過率無統(tǒng)計學意義上的相關(guān)性；膠片法測量機架、光欄和治療床等中心也會因光欄位置偏離影響結(jié)果。進一步，參照國外同類指南從質(zhì)量控制到質(zhì)量保證再到質(zhì)量管理的演變，本文建議指南的再版也許應(yīng)該更加著重于提供原則指導和誤差標準規(guī)定，而把為達到質(zhì)量要求的具體測量細節(jié)交給各單位質(zhì)量管理小組根據(jù)本地條件因地制宜決定。