OriQA設(shè)備在后裝治療機(jī)質(zhì)量保證中的應(yīng)用分析

羅春麗，張杰，楊志偉，孫玉亮，孫顯松，于浪

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，北京協(xié)和醫(yī)院 放射治療科，北京 100730

引言

高劑量率（High Dose Rate，HDR）近距離放射治療是腫瘤放射治療中的一種重要方式，通過后裝機(jī)驅(qū)動(dòng)HDR 放射源沿著連接通道到達(dá)預(yù)設(shè)位置實(shí)施照射，因放射源獨(dú)特的劑量學(xué)特性，給予腫瘤高劑量的同時(shí)周圍正常組織受量較低，所以在以宮頸癌為主的腫瘤放射治療中發(fā)揮著不可替代的作用[1-2]。對(duì)于HDR 近距離治療而言，放射源活度偏差、到位偏差及計(jì)時(shí)偏差是設(shè)備相關(guān)劑量誤差的主要來源，可能導(dǎo)致患者受照劑量與計(jì)劃劑量不一致，由劑量偏差導(dǎo)致的后果難以評(píng)估和彌補(bǔ)[3-5]，如會(huì)直接增加腫瘤原發(fā)病灶劑量的缺失和周圍正常組織劑量加重的可能性[6-7]。因此，日常質(zhì)量保證（Quality Assurance，QA）工作對(duì)于確保HDR 近距離治療的安全至關(guān)重要[8-10]。

研究表明，放射源近源處劑量極高，隨著距離的增加周圍劑量迅速跌落，遵循平方反比定律，同時(shí)，以銥-192 放射源為例，其半衰期為73.83 d，初始活度隨著時(shí)間的增加逐漸降低，后裝機(jī)更換放射源后根據(jù)半衰期實(shí)時(shí)修正放射源活度（后裝機(jī)當(dāng)前放射源活度）。近距離后裝放射治療的劑量實(shí)施是通過特定活度的放射源在特定駐留位置，駐留一定時(shí)間進(jìn)行劑量累加來獲得最優(yōu)化等劑量分布[11-12]。因此，放射源活度、到位精度、計(jì)時(shí)器精度是設(shè)備質(zhì)控中的重點(diǎn)檢測項(xiàng)目，是保證后裝治療精準(zhǔn)實(shí)施的重要環(huán)節(jié)[13]?；诖?，本研究旨在對(duì)OriQA 設(shè)備用于后裝機(jī)關(guān)鍵指標(biāo)檢測結(jié)果的精度及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以期為設(shè)備在后裝機(jī)質(zhì)控中的應(yīng)用提供參考。

1 資料與方法

1.1 設(shè)備介紹

最新的后裝機(jī)質(zhì)控設(shè)備OriQA（Medical Systems Inc.，美國）原理是利用輻射致發(fā)光螢光材料，其感光強(qiáng)度和放射源活度呈正相關(guān)，聯(lián)合高清COMS 感光相機(jī)，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)實(shí)時(shí)捕獲感光區(qū)域，并采用人工智能算法對(duì)放射源的活度、到位和駐留時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定量分析[14]。后裝機(jī)（Flexitron，Elekta，瑞典）及銥-192 HDR 放射源（HDR-192Ir，活性區(qū)域長3.5 mm，直徑0.6 mm）；井型電離室（HDR1000 Plus，標(biāo)準(zhǔn)成像，美國）、靜電計(jì)（CDX2000b，標(biāo)準(zhǔn)成像，美國）及標(biāo)尺。

1.2 QA計(jì)劃的建立及OriQA設(shè)備刻度

首先使用井型電離室及靜電計(jì)、到位測量標(biāo)尺等對(duì)后裝機(jī)放射源活度、到位和計(jì)時(shí)器精度進(jìn)行測量，然后按照手冊完成對(duì)OriQA 設(shè)備的刻度，并將首次測量結(jié)果與之前的標(biāo)準(zhǔn)測量結(jié)果進(jìn)行比較，具體操作步驟如下。① 在井型電離室、靜電計(jì)（圖1）及標(biāo)尺（圖2）等標(biāo)準(zhǔn)檢測工具和方法下完成后裝治療機(jī)的檢測，獲取放射源活度、計(jì)時(shí)器及放射源到位的偏差結(jié)果。② 在治療機(jī)房內(nèi)，將OriQA 設(shè)備平放在操作臺(tái)上，使用插植針導(dǎo)源管與后裝機(jī)1 通道進(jìn)行連接（圖3），通過網(wǎng)線將OriQA設(shè)備與控制室測量電腦進(jìn)行連接。③ 在后裝機(jī)QA 模式下，編制標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃[晨檢（Morning Check）：測量范圍1150～1180 mm，共設(shè)4 個(gè)間隔為10 mm 的駐留位置，每個(gè)駐留位置的駐留時(shí)間均為2 s]；在OriQA 設(shè)備軟件端，建立與Morning Check 相同參數(shù)的測量條件后，進(jìn)入活度校準(zhǔn)菜單，輸入放射源序列號(hào)、校準(zhǔn)日期、類型、校準(zhǔn)日相對(duì)源強(qiáng)度以及放射源最大出源長度等信息。④ 待所有準(zhǔn)備工作就緒后開始測量，后裝機(jī)運(yùn)行Morning Check 計(jì)劃，執(zhí)行完成后軟件根據(jù)測量結(jié)果建立放射活度基準(zhǔn)值，并給出4 個(gè)駐留位置放射源的到位和駐留時(shí)間偏差。

圖1 井型電離室（a）和靜電計(jì)（b）

圖3 測量圖示

1.3 OriQA設(shè)備的檢測流程

準(zhǔn)備工作完成后就可以使用OriQA 設(shè)備對(duì)后裝機(jī)進(jìn)行檢測。每天開機(jī)后按要求連接OriQA 設(shè)備和后裝治療機(jī)完成準(zhǔn)備工作，調(diào)取Morning Check 計(jì)劃，治療系統(tǒng)根據(jù)衰變后的活度重新計(jì)算駐留時(shí)間。確定OriQA 設(shè)備測量參數(shù)中駐留時(shí)間按治療機(jī)端更正后再進(jìn)行測量。完成照射后軟件顯示測量結(jié)果并給出偏差，每天測量重復(fù)3 次取其平均值用于穩(wěn)定性分析。

1.4 OriQA設(shè)備結(jié)果的分析方法

完成共計(jì)37 次日檢數(shù)據(jù)的分析，使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS20.0 軟件分別對(duì)放射源到位、駐留時(shí)間以及放射源活度的測量結(jié)果進(jìn)行分析，用±s量化放射源到位和駐留時(shí)間的差異。放射源活度偏差記為DEVX,Y∈(AT, AL)（AT為后裝機(jī)當(dāng)前放射源活度，AL為實(shí)測放射源活度），放射源活度偏差計(jì)算方式如公式（1）所示。分析2022 年8—10 月獲取的所有OriQA 設(shè)備檢測數(shù)據(jù)結(jié)果。

2 結(jié)果

2.1 測量精度

更換新放射源后，需進(jìn)行放射源活度校準(zhǔn)，放射源標(biāo)稱活度為10.03 Ci，井型電離室測量結(jié)果為9.98 Ci，兩者偏差為0.21%。OriQA 設(shè)備刻度后使用其對(duì)機(jī)器精度測量，前3 次放射源活度測量值與標(biāo)稱活度偏差均值為0.03%；對(duì)于4 個(gè)預(yù)設(shè)駐留位置和駐留時(shí)間，OriQA設(shè)備測量結(jié)果均值與標(biāo)尺測量結(jié)果相比，到位偏差小于0.2 mm，與秒表計(jì)時(shí)結(jié)果相比，計(jì)時(shí)偏差小于0.3 s。

2.2 穩(wěn)定性

2.2.1 放射源到位

由圖4 可知放射源一個(gè)半衰期內(nèi)每個(gè)駐留位置的測量偏差。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中設(shè)有1150、1160、1170、1180 mm 4 個(gè)駐留位置，軟件讀取值與實(shí)際駐留位置偏差分別為（1149.9±0.3）、（1159.9±0.4）、（1170.0±0.4）、（1180.3±0.5）mm，從圖4 可知，4 個(gè)駐留位置的偏差均小于1 mm，其中駐留位置1150 mm 偏差最小，且誤差圍繞0 值波動(dòng)，而隨著駐留位置前移，測量誤差正向增加。

圖4 駐留位置的監(jiān)測值偏差

2.2.2 駐留時(shí)間

駐留時(shí)間測量結(jié)果如圖5 所示，各個(gè)駐留位置的駐留時(shí)間具有較好的重復(fù)性，除第4 個(gè)駐留位置的標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)較大（0.04 s）外，其余駐留位置標(biāo)準(zhǔn)差均為0.03 s。對(duì)于所有駐留位置，駐留時(shí)間絕對(duì)誤差為（0.06±0.05）s。其中1150 mm 駐留位置的駐留時(shí)間平均偏差最小，為0.012 s，其余位置誤差均值為-0.08 s。

圖5 不同駐留位置的駐留時(shí)間偏差

2.2.3 放射源活度

放射源活度測量結(jié)果如表1 所示，在1 個(gè)半衰期內(nèi)的檢測中，放射源活度平均偏差為2.18%。AT在8.0 Ci以上時(shí)，測量偏差≤0.9%，在AT低于5.6 Ci 時(shí)，測量偏差大于3.0%。將測量偏差進(jìn)行線性擬合，由圖6 可知，隨著192Ir 源活度的衰變，測量偏差整體呈上升趨勢，最大偏差為4.62%。

表1 放射源活度測量結(jié)果

圖6 放射源活度偏差線性擬合

3 討論

在傳統(tǒng)的QA 程序中，這些指標(biāo)采用不同的工具和方法進(jìn)行單獨(dú)測量，需要占用大量的精力和時(shí)間，人為操作容易導(dǎo)致測量誤差較大[15-16]。本研究中采用新型OriQA 設(shè)備檢測儀，具有精度高、操作簡單、擺位方便等特點(diǎn)，一次測量即可完成后裝治療機(jī)的放射源到位精度、計(jì)時(shí)器精度以及相對(duì)源強(qiáng)度等重要質(zhì)控項(xiàng)目的檢測；軟件可實(shí)時(shí)完成測量并顯示結(jié)果，生成檢測報(bào)告，便于質(zhì)控自動(dòng)化和電子化管理。

盧峰等[17]的研究中介紹了使用免洗膠片法檢測放射源活性中心到位精度，采用EBT 型免洗膠片測量放射源到位精度為-0.75 mm，偏差在1 mm 以內(nèi)，但此方法對(duì)擺位精度要求較高，膠片測量結(jié)果的量化存在困難，且免洗膠片不能反復(fù)使用，質(zhì)控成本相對(duì)較高。于浪等[18]的研究中采用視頻讀取法確定后裝放射源的駐留位置，可重復(fù)操作，極大地降低了質(zhì)控成本，但此方法受觀察者主觀因素影響。此外，視頻分析為放射源物理中心，可能與輻射中心存在差異。本研究中OriQA 設(shè)備為成品測量工具，其通過攝像機(jī)獲取源周圍熒光感光強(qiáng)度信號(hào)，為排除噪聲影響，對(duì)獲取信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行中心擬合后并對(duì)每柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，直接得出放射源輻射中心的到位偏差，精度達(dá)到亞毫米級(jí)，操作方便并可反復(fù)測量，極大地降低了質(zhì)控成本。本研究結(jié)果顯示，預(yù)設(shè)駐留位置1150 mm 處放射源到位偏差最小，建議建立QA 計(jì)劃時(shí)以該位置作為駐留中心向兩端駐留，以改善到位精度測量結(jié)果。

江芬芬等[19]利用MatriXX 對(duì)放射源駐留時(shí)間精度進(jìn)行了測量，相對(duì)于治療計(jì)劃系統(tǒng)給定駐留時(shí)間，測量結(jié)果偏差均小于±1%。但采用此方法時(shí)，放射源駐留位置相對(duì)于電離室測量點(diǎn)的距離不完全相同，內(nèi)差導(dǎo)致結(jié)果變差；另外MatriXX 測量電離室的物理間距約為7 mm，分辨率有限會(huì)影響測量結(jié)果。但該研究采用連接管直接接通即可測量，操作簡單便捷，一次測量即可獲取放射源的到位精度及計(jì)時(shí)器精度，極大地簡化了后裝機(jī)質(zhì)控操作，具有一定的實(shí)踐意義。本研究中，OriQA 設(shè)備內(nèi)置高精度時(shí)鐘用來測量駐留時(shí)間，測量結(jié)果表明，對(duì)于不同駐留位置以及隨著放射源衰變后不同的駐留時(shí)間，均具有較好的重復(fù)性，OriQA 設(shè)備基于人工智能的自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析排除了主觀因素的影響。其中，1150 mm 駐留位置計(jì)時(shí)平均誤差最小，可能該駐留位置與鏡頭的相對(duì)位置有關(guān)。

羅斌等[20]利用井型電離室測量并驗(yàn)證后裝放射源活度，在14 次測量中，新購192Ir 源活度的測量值與后裝機(jī)當(dāng)前放射源活度的相對(duì)誤差均在±1%以內(nèi)，其最大偏差為0.946%。井型電離室為放射源活度測量的“金標(biāo)準(zhǔn)”，廣泛用于后裝機(jī)放射源活度的校準(zhǔn)，但通常僅用于換源或定期檢測中，一般不用于日常檢測。本研究中使用OriQA 設(shè)備檢測得出1 個(gè)半衰期內(nèi)放射源活度平均偏差為2.18%，表明OriQA 設(shè)備的活度測量結(jié)果可作為活度穩(wěn)定性監(jiān)測的有效方法。本研究結(jié)果表明，當(dāng)后裝機(jī)當(dāng)前放射源活度在8.0 Ci 以上時(shí)，所測實(shí)際放射源活度均與后裝機(jī)當(dāng)前放射源活度相似，隨著衰變的繼續(xù)，測量偏差增大，甚至超過4%。此時(shí)，經(jīng)過井型電離室測量確認(rèn)，放射源的實(shí)際活度和后裝機(jī)當(dāng)前放射源活度偏差仍小于1%。產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因可能為放射源活度減小后，相同位置能夠激發(fā)的熒光強(qiáng)度降低，這種源活度和熒光強(qiáng)度在大范圍內(nèi)的線性關(guān)系差。因此建議后裝機(jī)當(dāng)前放射源活度每降低2 Ci 時(shí)，應(yīng)重新對(duì)OriQA設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)；其次是不同駐留位置的感光強(qiáng)度不同，建議后續(xù)使用中應(yīng)考慮更換駐留位置，避免因?yàn)轳v留位置分布較局限導(dǎo)致測量偏差大。此外，無論源活度高低，OriQA 設(shè)備在同一時(shí)刻內(nèi)重復(fù)檢測放射源活度，結(jié)果重復(fù)性良好。

此外，OriQA 設(shè)備僅可以對(duì)后裝治療機(jī)到位精度、計(jì)時(shí)器準(zhǔn)確度以及放射源活度予以監(jiān)測，但不能根據(jù)測量結(jié)果對(duì)后裝機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，必須使用經(jīng)過國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定過的電離室等工具，按照廠家規(guī)定的流程對(duì)后裝治療機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。

4 結(jié)論

綜上所述，OriQA 設(shè)備可作為高質(zhì)量完成后裝機(jī)放射源到位、駐留時(shí)間精度及放射源活度的檢測手段，實(shí)驗(yàn)檢測的后裝精度符合臨床使用要求，可廣泛應(yīng)用于各個(gè)后裝機(jī)的質(zhì)控中。當(dāng)測量的源活度偏差增加超過3%時(shí)應(yīng)及時(shí)復(fù)核放射源活度并重新校準(zhǔn)OriQA 設(shè)備。