國產首臺醫用加速器圖像引導系統（EPID）的質量保證與質量控制

程長海，閆清華，郭洪濤，李定杰，宋迎新

1.周口市中心醫院 放療科，河南 周口 466000；2.鄭州大學附屬腫瘤醫院 放療科，河南 鄭州 450000；3.山東新華醫療器械股份有限公司，山東 淄博 255086

引言

目前，腫瘤放射治療技術發展已經由常規型的普放向全面精確放療技術發展，追求安全精準快捷放療。精確放療主要包括“三精”，即精確計劃、精確定位、精確治療。圖像引導的調強放療技術是當今國內外放射治療領域的熱點。目前，瓦里安、醫科達、安科銳、西門子（2011年停止生產）占據著中國主要的圖像引導放療市場份額，他們的產品具備圖像引導功能，在市場普及臨床應用方面領先于國產設備。

我院于2015年購買了國產第一臺具有圖像引導系統功能的醫用直線加速器【注冊證號：國食藥監械（準）字2013第3321169號】，是山東新華醫療器械股份有限公司生產的XHA600E型醫用電子直線加速器，加速器配備與蘇州雷泰醫療科技發展有限公司聯合研發的圖像引導系統-電子射野影像裝置（Electronic Portal Imaging Device，EPID），該設備可開展圖像引導放療精確放射治療技術。目前，我院在此設備上開展調強放射治療技術治療患者，每日治療80人左右，使用EPID用于患者放療前的擺位驗證。

目前，放療行業對進口加速器圖像引導系統-EPID的質量保證（Quality Assurance，QA）和質量控制（Quality Control，QC）研究相對成熟[1-10]，在實力強的醫院放療科加速器EPID現主要用于加速器本身的QA[11]和患者劑量學的QA[12-18]。但在國內基層醫院，放療科加速器（特別是國產加速器）的EPID還是屬于非常好的患者放療前位置驗證裝置，還有就是國內現在對國產加速器在圖像引導系統的質量管理標準制定上還比較簡單和滯后[19-21]。本文主要通過研究國產加速器圖像引導系統-EPID的QA內容與實施QC制定方法，保證其系統在臨床精確放療圖像配準中的準確性。

1 材料與方法

1.1 主要材料與設備

新華醫療XHA600E型直線加速器的EPID，EPID探測器表面到加速器等中心的距離為500 mm；SHINVA模體（該模體為廠家自制EPID等中心驗證模體，是一個100 mm×100 mm×100 mm的聚乙烯材料立方體，模體中心鑄有2個垂直相交的直徑為3 mm鋼柱）；EPID成像質量驗證模體（Las Vegas模體和PTW-EPID 模體）；高精度數字水平儀；鋼板尺。本文主要材料與設備，見圖1。

圖1 本文主要材料與設備

1.2 檢測方法

EPID QA引用參考文件標準：廠家提供的EPID驗收手冊、GB 15213-2016《醫用電子加速器性能和試驗方法》、GB/T 19046-2013《醫用電子加速器驗收試驗和周期檢驗規程》、YY/T 0890-2013《放射治療中電子射野成像裝置性能和實驗方法》、AAPM TG-58 EPID的臨床應用、AAPM TG-142 醫用加速器質量保證。EPID QA內容和周期結合實際情況主要依據廠家驗收手冊（參考了國家標準和國外行業標準）及參考前面的文件標準來按照表1指導EPID QC工作，需要說明的是第一步先做好加速器自身一系列QC的工作，做好加速器自身QC工作后再做EPID QC，主要內容包括安全碰撞連鎖、系統運動、幾何精度、配準精度、成像圖像質量等方面的檢測。

表1 EPID質量保證項目周期及標準

1.2.1 安全碰撞連鎖

EPID探測器面板裝有防碰撞聯鎖裝置，用于EPID操作時保護探測器面板和患者、工作人員的安全。防碰撞聯鎖檢查方法：打開或收回EPID探測器及機架在±180°轉動時，碰撞故障發生，運動終止；按壓加速器急停開關，EPID運動終止。

1.2.2 系統運動

平板縱向移動范圍不小于540 mm；通過EPID手控器可控制平板一鍵伸出和收回；通過計算機可控制平板一鍵伸出和收回；探測器平板到加速器等中心之間的距離（500±5）mm；機架在0°、90°或270°時，平板到位重復性應不大于2 mm。

1.2.3 幾何精度

在機架0°、90°（或270°），加速器在準直器0°，治療床0°（使用高精度數字水平儀保證床面水平在±0.5°內），放置SHINVA模體中心于治療床上加速器等中心處（SAD=100 cm），射野為26 cm×26 cm，機器跳數1.5 MU，機架在0°、90°（或270°）時EPID伸出到0位成像，平板探測器成像中心與SHINVA模體中心（加速器等中心）比較，探測器成像中心和SHINVA模體中心之間的偏差應不大于±2 mm。

1.2.4 配準精度

為模擬對患者日常機架角度的擺位配準，選擇在機架0°、90°（或270°），分別對目標物成像，移動目標物B0個距離（筆者以前面在機架0°、90°時分別對SHINVA模體成像圖像作為參考圖像，然后床相對位置置0，SHINVA模體位置不變，在加速器三維激光定位系統引導下，人為移動床升降（VRT）、橫向（LAT）、縱向（LNG）分別為20、-30、-40 mm的距離），再重新成像，通過軟件進行配準，得到B1，計算B1與B0之差，配準精度應不大于2 mm。

1.2.5 成像圖像質量

將Las Vegas模體和PTW-EPID模體中心表面分別放置于治療床面上加速器等中心水平。使用Las Vegas模體成像檢測：可見≥17孔；使用PTW-EPID模體檢測：圖像線性度最大偏差應小于5%；圖像平均信噪比不小于100；空間分辨率應不小于0.6 LP/mm；低對比度分辨率：深度為1 mm時，可以看到直徑為4 m的圓形。

2 結果

2.1 安全碰撞連鎖

防碰撞聯鎖系統經試驗檢查，EPID探測器防碰撞功能有效，滿足在臨床工作中安全使用。

2.2 系統運動

運動系統只有伸出和收回功能，伸出到機器束流中心軸位置為0，可以過0位伸到-10 mm；收回到原位為530 mm。經重復檢測，加速器數據顯示屏顯示伸出到0位到位精度在（0±1）mm之間，收回到原位精度在（530±2）mm之間；探測器平板到加速器等中心之間的距離使用鋼板尺測量精度（500±2）mm。EPID探測器運動系統的到位精度能夠滿足臨床精確擺位驗證。

2.3 幾何精度

XHA600E 6 MV X射線1.5 MU曝光，在機架0°、90°時EPID影像中心與SHINVA模體中心在加速器等中心處的成像偏差如圖2所示，兩者重合度的偏差結果顯示在±1 mm之間，優于廠家推薦標準（≤±2 mm）。

圖2 成像偏差

2.4 配準精度（手動配準）

EPID裝置使用SHINVA模體在機架0°、90°時如圖3所示的配準精度偏差如表2所示，配準后校正位置如圖4所示后使用SHINVA模體再次成像精度偏差如表2所示。經反復手動圖像配準后結果顯示，EPID裝置配準精度結果在0～±1 mm之間，優于廠家推薦標準（≤±2 mm）。

圖3 人為設置誤差后EPID用SHINVA模體在機架0°、90°時成像后配準

圖4 校正位置后EPID用SHINVA模體在機架0°、90°時配準后校正位置后再次成像后配準

2.5 成像圖像質量

XHA600E EPID使用Las Vegas模體2 MU曝光成像如圖5，廠家提供的成像標準圖如圖6（●表示曝光成像后可顯示圓孔位置，×表示曝光成像后未必能顯示圓孔位置）；使用PTW EPID模體2 MU曝光成像如圖7，軟件分析如圖8和圖9。EPID探測器用Las Vegas 模體成像結果可見孔有21孔，優于廠家推薦保準（廠家推薦標準成像可見孔≥17孔）；用PTW EPID模體成像后圖像質量分析結果如表3，分析結果顯示表明EPID圖像成像質量優于廠家的推薦標準。

圖5 XHA600E Las Vegas模體2 MU成像可見

圖6 廠家6 MV能量范圍內可見的孔洞

圖7 XHA600E 2 MU PTW EPID模體2 MU成像可見

圖8 PTW EPID QC Software線性空間分辨率軟件分析圖

表2 機架0°、90°時EPID用SHINVA模體兩次成像后配準精度與廠家推薦標準比較（mm）

圖9 PTW EPID QC Software低對比度分辨率軟件分析圖

表3 PTW EPID QC Software分析結果與廠家推薦標準比較

3 結論

研究表明，通過以上較完善的質量保證方案和質量控制過程，保證了國產醫用加速器EPID系統在放射治療前驗證患者體位所需的精確度。現在精確放療需要EPID等圖像引導系統保證其擺位治療精度，特別在國內基層醫院放療科，患者精確放療效果的好壞與之極其密切。目前，國內對國產醫用加速器EPID系統的質量管理方面標準制定內容比較少且簡單，通過結合廠家推薦標準和一些參考文獻來制定相對完善的EPID QA并實施其QC，來保證國產醫用加速器EPID系統的放射治療前的設備運行精度。加速器EPID系統是加速器系統同源的圖像引導驗證設備，最大的優勢是成像和治療同源，可以直接使用治療患者的的MV級射線來采集圖像，驗證靶區和照射野的對準情況，相比kV級射線成像裝置減少了等中心的誤差來源，雖成像質量有所不及，但目前仍是國內基層醫院放療科開展精確放療對放療患者QC一個非常好的工具，定期按其質量保證內容進行嚴格的質量控制，保障其在精確放療中圖像配準精度對臨床放射治療的意義重大。綜合來說，國產醫用電子直線加速器在圖像引導系統放療方面相比國外起步較晚，需要完善的方面也比較多，現在國內才有生產廠家推出具有EPID圖像引導功能的醫用電子直線加速器，錐形束計算機斷層掃描等圖像引導功能的醫用直線加速器也在研制中，正通過自身努力在不斷縮小與國外在這方面的技術差別。