基于MPC分析VitalBeam加速器的穩定性

楊玉敏

（安徽醫科大學第一附屬醫院 腫瘤放療中心，安徽 合肥 230000）

隨著放療技術的發展，醫用直線加速器不斷推陳出新。加速器的結構逐漸復雜，相應的機器參數也越來越多，質量控制（quality control,QC）和質量保證（quality assurance,QA）變得尤為重要。美國瓦里安公司推出的VitalBeam 加速器自帶的機器性能驗證功能（machine performance check,MPC）是一款日檢質量控制軟件，可以高效的進行加速器的日檢。MPC 的原理是通過電子射野影像系統（electron portal imaging device,EPID）獲取幾何改變及劑量輸出等機器性能參數，通過采集的數據與預先設定的基準值進行比對，確保機器在系統誤差范圍內穩定運行。

對醫用加速器進行常規QA 時，劑量校準選擇的測量工具多為晨檢儀等二維矩陣探測器以及結果更精確的三維水箱等，但是前者無法檢測加速器的某些重要參數如圖像引導系統和六維床的精準度［1］，后者則操作繁復且需要特定設備和人員；至于幾何校準則需利用坐標紙、刻度尺、前指針等工具進行人工測量，費時費力。而MPC 作為一種簡單易用的日常QA 工具，可以比較全面直觀的監測加速器的穩定性，能同時完成劑量檢測以及幾何精度的測量。

BARNES 等［2-4］和CLIVIO 等［5］證明了MPC的結果可以反映加速器的幾何精度。雷偉杰等［6］和肖楊等［7］也均肯定了MPC 在加速器日常QA 方面的可靠性。鑒于以上研究存在樣本數據周期較短的問題，為了評估加速器的長期穩定性以及避免樣本過多，我們采集了加速器驗收后剛開始治療的180 天的數據以及已經運行了一年半以后的180 天的數據，通過這兩組數據來分析VitalBeam加速器的各項參數是否會隨時間的變化發生明顯偏差。本文用計算各項數據的均值和標準差的方法來檢驗MPC 的可靠性，通過同組或兩組不同時間段的數據樣本對比可以分析加速器的穩定性，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

MPC 程序、錐形束CT（cone beam CT,CBCT）、電子射野成像系統（EPID）、六維床、IsoCal 模體等。

1.2 方法

MPC 數據采集的時間段為每天患者治療前或機器校準維修后。采集之前需要先將IsoCal 模體按要求置于治療床指定位置（H2），然后用激光線對模體進行擺位。此位置為初始檢測位置，即等中心位置。之后在操作間進入MPC 模式開始驗證。MPC 的可驗證項目有劑量穩定性和幾何穩定性兩大項。

MPC 使用EPID 來評估劑量穩定性，這是因為EPID 的劑量響應、重復性和穩定性都很好［8］。MPC 中的劑量測量值是嚴格的相對測量值。劑量檢查使用機架0°時未校正的鉛門18 cm×18 cm 尺寸的光束圖像，計算基線和檢查的各自光束圖像之間的比率圖像。在中心區域13.3 cm×13.3 cm 范圍內評估劑量的輸出變化和均勻性。輸出變化（Output Change）描述了在成像器中心區域的檢測器響應變化的平均百分比，因為EPID 的響應在很長一段時間內都是穩定的，所以此變化主要反映了射束輸出的變化。均勻度變化（Uniformity Change）描述了影像板中心區域探測器響應變化的總百分比，描述了濾過高頻噪聲后的影像上差值最大的兩個像素的比值，這項變化的結果對射束的平坦度與對稱性很敏感，可以反映靶的位置和濾波器系統以及光束轉向裝置的變化。中心偏移（Center Shift）是射野中心的相對位移，通過檢測圖像中鉛門的邊緣來反映中心位移的變化，描述了射束影像中根據鉛門確定的射野中心相對于基線的偏移，這種變化可以評估準直器、MV 成像系統和光束轉向裝置的精度。

MPC 的幾何穩定性包括等中心（IsoCenter）、準直器（Collimation）、機架（Gantry）和六維床（Couch）這四項，其中每項中又包含多個子項。通過多葉光柵（MLC）的變化和機架每45°（0°開始順時針）共8 個角度，每個角度準直器采集0°和90°的數據，這16 次的射線中心聚集區域為等中心，此球體的最大尺寸即為等中心大小（IsoCenter Size）。千伏成像系統偏移（kV Offset）和兆伏成像系統偏移（MV Offset）反映了等中心到相應探測板中心的最大值。而鉛門邊緣到中線的距離則表示鉛門偏移（JawX1/JawX2/JawY1/JawY2）。旋轉偏移量（Collimation Rotation Offset）被定義為通過MLC 葉片邊緣觀察到的標稱與實際準直器旋轉角度的最大偏差。機架的絕對偏移（Gantry Absolute）和機架的相對偏移（Gantry Relative），前者是機架處于0°時光束中心軸和床水平的垂線之間的一致性，而后者是在機架處于8個不同角度時通過圖像計算的理論和實際機架角度之間的最大偏差值。六維床的偏移參數（Lat/Lng/Vrt/Pit/Rol/Rtn）獲取原理是通過IsoCal 模體內部的金屬定位點，與影像系統結合，可以精確的探知六維床的偏移，此時等中心和床的公轉中心之間的偏移即為床旋轉位置偏移（Rotation Induced Couch Shift）。MPC 測量完成后，系統會將得到的數據與基準參數作比較并生成相對誤差報告，若有參數超出限制值，則會有提示當次項目不通過，此時應及時分析原因。

由于VitalBeam 加速器可支持多種光子治療，本次選用其中最常用的6 MV X 線分析加速器的穩定性。將2019 上半年的數據和2020 年下半年的數據分別命名為1 號組和2 號組，兩組數據算出中位數及最大值（|Max|）、平均值（-x）、標準差（s）等能代表樣本特征的參數，通過這些參數即可分析加速器是否穩定。

2 結果

2.1 兩組劑量穩定性比較

VitalBeam 在這兩個時間段的劑量穩定性對比結果如圖1 所示，其中，1 號組的CenterShift 集中程度優于2 號組，但兩組數據均未超出±0.5 mm的閾值范圍；至于UniformityChange，兩組的平均值與中位數相近，1 號組數據分布更集中，兩者也均未超出閾值；OutputChange 兩組數據均未有超出±2%閾值的點。可見VitalBeam 加速器具有良好的劑量穩定性。

圖1 劑量穩定性比較

2.2 幾何穩定性比較

兩組數據的幾何參數經整理分類后，其對比結果見表1。因為Collimation 組中MLC 馬達為易損件且頻繁更換，且每次更換后會自檢，所以本研究略去該組參數。

從表1 中可以看出兩組數據的幾何參數均未有超出閾值的情況，機械參數穩定。通過表1 同組數據之間比較發現，Jaw 和CouchVrt 兩項數據相對于其他參數穩定性較差，故采用組間對比，因為兩組數據是采集于兩個相隔足夠長的時間段且樣本量充足，所以可以認為數據具有代表性，對比后發現Jaw 和CouchVrt 參數分布并未發生明顯改變，所以兩者的穩定性依然值得肯定。綜上，表1 結果驗證了VitalBeam 加速器的幾何穩定性良好。

表1 幾何穩定性比較

續表1 幾何穩定性比較

3 討論

由上述數據可以看出，VitalBeam 加速器在長期的使用過程中沒有出現參數超出閾值的情況，數據的波動屬于允許范圍內的偶然誤差，沒有明顯的時間相關性，性能滿足MPC 指導手冊［9］要求。總體來說，VitalBeam 加速器的穩定性良好［10-14］。PTW QUICKCHECK webline 晨檢儀是一款常用的加速器晨檢設備，其可靠性已有驗證［15］，通過日常驗證對比，本研究發現其結果和MPC 具有良好的一致性，說明MPC 可以定性的反映機器參數的偏移。對VitalBeam 加速器進行定期的月檢、年檢時，其機器參數滿足醫用電子直線加速器質量控制指南［16］的要求，說明VitalBeam 加速器性能穩定，進一步驗證了MPC 的結果可靠［17］，能夠滿足日檢的需求。本研究結果表明用加速器自帶的MPC 功能可以及時發現偏差，提高加速器質控的效率。MPC 作為一種晨檢手段，相對于其他常規晨檢設備，有著諸多優點：高效便捷，數據可視化程度較高，可以用圖表的形式直觀的展現，方便了放療技師的日常使用。另外，其數據可長期記錄，還可以方便的導出數據，對物理師的定期QA 有實用的參考價值。