【作 者】張建英，江濤

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院放療科，上海，20032

射野和機(jī)械等中心驗證，一直是醫(yī)用直線加速器常規(guī)質(zhì)量控制的基本項目[1]。驗證方法通常有機(jī)械指針檢查，光野十字線旋轉(zhuǎn)檢查以及輻射野星形片檢查。其中的星形片檢查就是將膠片置于垂直于旋轉(zhuǎn)軸的平面，使用多個準(zhǔn)直器形成的交叉狹長輻射野曝光膠片，并在膠片上形成星形的射野分布，最后分析星形片各邊的聚焦情況?？紤]到在臨床治療過程中使用的是輻射野，而且星形片檢查還可以同時檢驗激光線以及十字叉絲和射野中心的符合程度，因此星形片的檢查具有一定的優(yōu)勢。目前，實際工作中已經(jīng)可以使用專用的膠片分析軟件來量化分析星形片各邊的聚焦精度。盡管星形片分析的技術(shù)在實際工作中使用已經(jīng)比較廣泛[2]，但文獻(xiàn)中未見關(guān)于星形片分析結(jié)果影響因素的研究。

1 材料和方法

1.1 材料

本試驗使用西門子Oncor醫(yī)用直線加速器（西門子中國有限公司，上海），序號5413，用了該加速器6MV和15MV兩種能量的X線，加速器坐標(biāo)為西門子Native（自然）坐標(biāo)系。膠片掃描使用Vidar Dosimetry掃描儀（VIDAR Systems Corporation，VA，USA）。膠片分析軟件為FilmQA膠片分析軟件（3cognition USA New York，NJ ，USA）。曝光中使用的建成材料為CICVO固體虛擬水（CIVICO，Iowa ，USA）。使用 KODAK X-Omat V和EDR2膠片（KODAK，東京，日本）。

1.2 方法

本試驗的星形片分析是驗證西門子加速器準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)中心的精度。每次試驗將只改變一個可能影響分析結(jié)果的因素，在保持其他方法相同的條件下，定量獲取星形片各邊內(nèi)接圓的直徑作為分析結(jié)果。試驗過程中，膠片位于醫(yī)用加速器標(biāo)稱源皮距處，距離射線源100 cm。除做機(jī)架角影響分析外，一般膠片垂直于射線軸。6MV X射線曝光時，在膠片上疊加1.5 cm厚的固體虛擬水；15MV X線曝光時，在膠片上疊加3 cm厚的固體虛擬水。所有的曝光膠片下方放置5 cm厚的固體虛擬水。全部曝光使用加速器的Y Jaw形成星形片的邊，X Jaw都置為最大值40 cm。圖1為所獲取的星形片和FilmQA分析示例圖。

圖1 使用FilmQA分析星形片示例圖Fig.1 A example of Starshot analysis using FilmQA

1.2.1 準(zhǔn)直器偏中心對星形片分析的影響

試驗執(zhí)行單側(cè)偏中心分析，分別在Y Jaw偏中心0 mm(Y1=0.3 cm，Y2=0.3 cm)、1 mm(Y1=0.2 cm，Y2=0.4 cm)、2 mm(Y1=0.1 cm，Y2=0.5 cm)和3 mm(Y1=0 cm，Y2=0.6 cm)四種情況下用6MV X線獲取邊寬度為6mm的星形片。采用71dpi掃描分辨率掃描后進(jìn)行分析。

1.2.2 機(jī)架角度誤差對星形片分析的影響

試驗中，使用Y1=0.3 cm，Y2=0.3 cm條件，用6MV X線獲取機(jī)架在0o、2o、4o獲取邊寬為6 mm的星形片。采用71dpi掃描分辨率掃描后進(jìn)行分析。

1.2.3 能量對星形片分析的影響

試驗進(jìn)行了兩次測試，測試時間間隔1年，非序貫測試。第一次使用Y1=0.2 cm，Y2=0.2 cm,分別用6MV X線和15MV X線獲取邊寬度為4mm的星形片，采用71 dpi掃描分辨率掃描后進(jìn)行分析。第二次使用Y1=0.3 cm，Y2=0.3 cm、Y1=0.1 cm，Y2=0.1 cm條件，分別用6MV X線和15MV X線獲取邊寬度為 6 mm和2 mm的星形片。采用71dpi掃描分辨率掃描后進(jìn)行分析。

1.2.4 準(zhǔn)直器寬度對星形片分析的影響

試驗進(jìn)行了兩次星形片的準(zhǔn)直器寬度對分析結(jié)果影響的測試，均使用了對稱Y Jaw設(shè)置條件。第一次測試使用的準(zhǔn)直器寬分別為2 mm、3 mm、4 mm、5 mm和6 mm，第二次測試使用的準(zhǔn)直器寬度為 2 mm、4 mm、6 mm、8 mm和10 mm。采用71dpi掃描分辨率掃描后進(jìn)行分析。需特別指出的是，兩次測試時間間隔1年，非序貫測試。

1.2.5 掃描分辨率對星形片分析的影響

對于準(zhǔn)直器寬度影響分析獲得的星形片，采用142dpi分辨率掃描后分別進(jìn)行再次分析。

2 結(jié)果

試驗中，在Y Jaw偏中心0 mm、1 mm、2 mm、3 mm四種情況下，星形片各邊最小內(nèi)接圓直徑分別為：1.52 mm、3.42 mm、5.33 mm、7.41 mm。內(nèi)接圓直徑與Y jaw偏心關(guān)系，如圖2所示?？梢钥梢钥闯觯?dāng)準(zhǔn)直器偏中心的時候，星形片的各邊最小內(nèi)接圓直徑隨偏心距離線性增大，其線性變化的斜率接近2。

圖2 內(nèi)接圓直徑與Y Jaw 偏心距離關(guān)系圖Fig.2 The relationship between the diameter of minimum inscribed circle and the offset to the Y Jaw center

試驗中，當(dāng)機(jī)架角為0o、2o、4o時，星形片各邊最小內(nèi)接圓直徑分別為1.52 mm、1.46 mm和 1.76 mm。結(jié)果顯示，機(jī)架角的偏移對星形片分析結(jié)果存在一定的影響，但是當(dāng)機(jī)架角的偏移在一定范圍內(nèi)，它對分析結(jié)果的影響程度不大。

能量對星形片分析影響，第一次測試邊寬4 mm時，6 MV、15 MV的最小內(nèi)接圓直徑分別為1.31 mm和1.24 mm。第二次測試，邊寬2 mm時，6 MV、15MV的最小內(nèi)接圓直徑分別為1.22 mm和1.28 mm；邊寬6 mm時6 MV、15 MV的最小內(nèi)接圓直徑分別為1.52 mm和1.37 mm。結(jié)果表明，用于曝光星形片的射線能量對分析結(jié)果存在一定的影響，本試驗中出現(xiàn)的最大差別為0.15 mm。

在第一次準(zhǔn)直器寬度對研究星形片分析影響測試中，2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm邊寬的星形片最小內(nèi)接圓直徑分別為1.44 mm、1.38 mm、1.33 mm、1.26 mm、1.29 mm；第二次測試2 mm、4mm、6 mm、8 mm、10 mm邊寬的最小內(nèi)接圓直徑分別為1.22 mm、1.40 mm、1.52 mm、1.56 mm、1.66 mm。數(shù)據(jù)顯示，準(zhǔn)直器寬度對星形片存在影響，而且差異的幅度比較大，最大的差異達(dá)到了0.44 mm。同時，本研究中兩次測試的結(jié)果正好相反，第一次隨準(zhǔn)直器寬的增加分析結(jié)果變小，而第二次分析結(jié)果隨準(zhǔn)直器寬的增加而變大。

對準(zhǔn)直器寬度試驗中的膠片，采用142dpi掃描后，第一次測試的星形片各邊寬最小內(nèi)接圓直徑分別為1.43 mm、1.32 mm、1.34 mm、1.25 mm、1.23mm，第二次測試的星形片各邊寬最小內(nèi)接圓直徑分別為1.25 mm、1.39 mm、1.46 mm、1.69 mm、1.67 mm。將142dpi和71dpi的分析結(jié)果的差別繪制散點圖如圖2，差異的平均值為0.003 mm。從散點圖中可以看出，掃描分辨率對星形片分析結(jié)果的影響一般在-0.06 mm到0.05 mm之間。

3 討論

醫(yī)用直線加速器質(zhì)量控制中，通常有三個旋轉(zhuǎn)中心需要使用星形片進(jìn)行分析，它們是準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)中心、機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心、治療床旋轉(zhuǎn)中心[3]。事實上，準(zhǔn)直器的旋轉(zhuǎn)中心是檢查其他兩個旋轉(zhuǎn)中心的基礎(chǔ)，通常加速器在進(jìn)行機(jī)械調(diào)整時，都是將其他兩個旋轉(zhuǎn)中心調(diào)整到準(zhǔn)直器的旋轉(zhuǎn)中心上來，甚至加速管束流中心和均整塊的位置也都是以準(zhǔn)直器的旋轉(zhuǎn)中心為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整的。這也是本文使用準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)中心作為研究對象的主要原因。

圖3 掃描分辨率導(dǎo)致的星形片分析結(jié)果差異的散點圖Fig.3 Scatter diagram for the deviation of the Starshot analysis result with different scan resolutions.

理論上分析，影響準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)中心星形片分析結(jié)果的主要因素有兩個方面，一是準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)機(jī)械中心的誤差，還有一個是形成星形片邊的準(zhǔn)直器（本研究中為Y Jaw）對稱性誤差。類似于使用光野調(diào)整十字叉絲的原理，星形片分析中，準(zhǔn)直器對稱性除受準(zhǔn)直器本身機(jī)械位置不對稱性的影響外，也受到射束與準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)中心一致性程度的影響。但是，射束與準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)中心不一致，并不影響等中心平面星形片各邊最小內(nèi)接圓的直徑，應(yīng)該表現(xiàn)為在靠近或遠(yuǎn)離射線源的星形片各邊最小內(nèi)接圓的圓心會發(fā)生位移。

在本試驗中，當(dāng)強(qiáng)制準(zhǔn)直器發(fā)生離軸的偏心時，可以看到星形片各邊最小內(nèi)接圓的直徑與偏心的程度呈現(xiàn)線性變化。這說明準(zhǔn)直器不對稱性的確可以對星形片的分析結(jié)果產(chǎn)生影響。根據(jù)不同強(qiáng)制位移條件下，星形片各邊最小內(nèi)接圓直徑的極限值，就可以將準(zhǔn)直器的射野不對稱性降到很低的水平。在這個水平下的星形片各邊最小內(nèi)接圓的直徑基本上可以代表純粹準(zhǔn)直器機(jī)械旋轉(zhuǎn)中心偏差的大小。

在本試驗中，當(dāng)準(zhǔn)直器寬度發(fā)生變化的時候，分析結(jié)果也發(fā)生了變化。而且，本研究兩次測試偏差的方向并不一致，結(jié)合上述對準(zhǔn)直器不對稱性的分析，考慮相應(yīng)的原因是準(zhǔn)直器在處于接近射束中心的時候，其不對稱性呈非線性變化。本研究使用的西門子醫(yī)用加速器的Y準(zhǔn)直器具備獨立準(zhǔn)直器功能，其Y1和Y2 Jaw使用兩個獨立的編碼器檢測位置，校準(zhǔn)時在2.5 cm和7.5 cm的位置處建立編碼器和實際位置的關(guān)系曲線。醫(yī)用加速器每次開關(guān)機(jī)時以及當(dāng)Y Jaw完全關(guān)閉的時候，都有可能發(fā)生編碼器的細(xì)小位移。一段時間以后，編碼器在2.5 cm以下的位置線性不良以及兩個編碼器匹配程度不好時，就會產(chǎn)生本研究看到的現(xiàn)象。

很顯然，當(dāng)準(zhǔn)直器對稱性對準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)中心星形片檢查產(chǎn)生影響的時候，機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心和治療床的旋轉(zhuǎn)中心的星形片分析都會受到影響，因為這時候都需要使用相同的準(zhǔn)直器來形成星形片的各個邊。

本試驗中，當(dāng)機(jī)架角偏移比較大時，對星形片分析可能會產(chǎn)生影響。這種影響在星形片分析的實際操作中具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實意義。比如當(dāng)執(zhí)行機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心星形片分析時，保持膠片垂直相對來說容易被忽略；在執(zhí)行治療床旋轉(zhuǎn)中心星形片分析時，保持膠片在床面上的水平也比較容易被忽略。綜合本研究的結(jié)果考慮，只有當(dāng)膠片的位置偏移在1o或1o以下時，星形片分析結(jié)果才不受膠片位置偏移的影響。

本研究中，能量和掃描分辨率對星形片分析結(jié)果存在微弱的影響，一般影響幅度小于0.1 mm,最大的誤差一般小于0.2 mm。能量影響的原因可能主要是形成星形片各邊狹長射野的半影區(qū)大小受到能量的輕微影響，導(dǎo)致軟件分析出現(xiàn)細(xì)小的偏差；而提高膠片掃描分辨率，也相應(yīng)增加了膠片噪聲，也可能導(dǎo)致軟件分析出現(xiàn)細(xì)小的偏差，但上述分析目前還沒有理論依據(jù)或文獻(xiàn)支持?？墒?，本研究結(jié)果至少說明，如果在實際工作中出現(xiàn)分析結(jié)果很接近標(biāo)準(zhǔn)或略超標(biāo)準(zhǔn)的時候，需要注意能量和掃描分辨率的影響。

4 結(jié)論

臨床工作中，當(dāng)星形片分析結(jié)果超標(biāo)時，需要綜合分析可能影響結(jié)果的諸多因素，再做出最后的判斷。

[1] 胡逸民. 腫瘤放射物理學(xué). 北京: 原子能出版社, 1999

[2] M. K. Woo. A personal-computer-based method to obtain star-shots of mechanical and optical isocenters for gantry rotation of linear accelerators[J].med. Phys. 2002, 29(12): 2753-2755.

[3] R. Nath, P. J. Biggs, F. J. Bova, et al. AAPM code of practice for radiotherapy accelerators: Report of AAPM Radiation Therapy Task Group No. 45[J]. Med. Phys. 1994, 21(7): 1093-1211.