葛瑞剛，徐壽平，徐 偉，解傳濱，叢小虎， 楊 濤

解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

利用EDR2膠片和EPID實(shí)施容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療性能測(cè)試的評(píng)估

【作 者】葛瑞剛，徐壽平，徐 偉，解傳濱，叢小虎， 楊 濤

解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

該文旨在研究和探討利用EDR2膠片和電子射野影像裝置(EPID)實(shí)施RapidArc質(zhì)量保證方法可能。利用兩種工具進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，主要通過檢測(cè)MLC到位精度、機(jī)架和劑量率變化能力及其三者同步控制能力，從三方面評(píng)價(jià)RapidArc技術(shù)性能指標(biāo)。筆者利用柵欄式設(shè)定實(shí)施MLC的測(cè)試控制，比較靜態(tài)/動(dòng)態(tài)機(jī)架模式下兩種工具均顯示了較好的MLC精度；通過組合不同劑量率、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度以及機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度范圍, 分析照射區(qū)域內(nèi)兩種劑量測(cè)量方法體現(xiàn)了很好的一致性，兩者在區(qū)域內(nèi)平均偏差分別為0.24% 和 0.19%，劑量值均保持在2%以內(nèi)。EDR2膠片和EPID均可作為RapidArc有效而可靠的檢測(cè)工具。當(dāng)然，日常VMAT QA測(cè)量過程中利用EPID系統(tǒng)將會(huì)提高工作效率。

VMAT；EDR2膠片；EPID；質(zhì)量保證

0 引言

當(dāng)今放射治療隨著先進(jìn)技術(shù)的引入已得到較大地提升，但同時(shí)其代價(jià)是導(dǎo)致了治療過程中復(fù)雜性的增加。容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(volumetric-modulated arc therapy，VMaT)作為調(diào)強(qiáng)放療(IMRT)后一種新型延伸技術(shù)，與IMRT相比較而言其可潛在地在更短時(shí)間和更少M(fèi)Us條件下獲得相對(duì)較理想的劑量照射[1-3]。Rapidarc(Varian公司，USa)是目前商用執(zhí)行VMaT治療技術(shù)之一。治療期間為了獲得最佳適形劑量的精度、效率及可靠性，Rapidarc照射完全依賴于可變劑量率、機(jī)架速度及動(dòng)態(tài)多葉準(zhǔn)直器（MLc）的控制能力及其同步性[4-6]。Rapidarc技術(shù)通過機(jī)架圍繞患者旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)束流照射，若機(jī)架速度最大，可獲得最小的治療時(shí)間；每角度劑量變化及動(dòng)態(tài)MLc實(shí)現(xiàn)對(duì)劑量的調(diào)制；改變劑量率和機(jī)架速度獲得可變的每角度劑量。Rapidarc執(zhí)行過程中面臨以下幾個(gè)問題：一是動(dòng)態(tài)MLc、劑量率和機(jī)架速度的同步性；二是機(jī)架速度是否足夠慢以確保MLc到達(dá)準(zhǔn)確的位置；三是機(jī)架速度需足夠慢以確保照射足量劑量(MUs) 或增加劑量率。

近年來直線加速器中VMaT技術(shù)的性能測(cè)試需要新的臨床驗(yàn)收測(cè)試和質(zhì)量保證(Qa)方法，一些文獻(xiàn)也相繼報(bào)道了VMaT臨床驗(yàn)收測(cè)試及其Qa方法[4-9]。各種Qa工具如膠片、ePID和二維電離室陣列均廣泛地應(yīng)用于VMaT Qa中。為了更好地明確VMaT Qa測(cè)試方法，本研究目的是利用Kodak eDR2膠片與電子射野影像裝置（ePID）系統(tǒng)地制定和執(zhí)行VMaT Qa測(cè)試，進(jìn)一步評(píng)價(jià)VMaT照射期間兩種測(cè)試工具檢測(cè)直線加速器性能及其MLc劑量學(xué)參數(shù)的不確定性和可靠性。

1 材料和方法

本研究中除了利用PTW(德國)等中心固定架、eDR2和ePID等硬件工具外，最重要的是針對(duì)Rapidarc動(dòng)態(tài)關(guān)鍵性能需預(yù)先設(shè)計(jì)并制定出相應(yīng)臨床測(cè)試程序，以便進(jìn)行相關(guān)測(cè)試項(xiàng)的檢測(cè)。

1.1 加速器束流中心一致性檢測(cè)

測(cè)試前首先需保證照射束流中心的一致性。研究中將膠片固定在PTW公司提供的等中心固定架上，將設(shè)定為長2.5 cm×寬0.5 cm的窄條方形射野，在機(jī)架90o、0o、270o三種角度，分別束流照射100 MU，并在Vidar Dosimetry Pro掃描儀（美國）上掃描后分析相應(yīng)的曲線，評(píng)價(jià)加速器束流中心的一致性。

1.2 靜態(tài)機(jī)架時(shí)MLC精度測(cè)試

膠片采用籬笆狀射野(Picker fence)照射方式，考慮機(jī)架在不同角度時(shí)重力可能會(huì)對(duì)MLc精度造成一定影響，因此分別在0o、90o、270o、180o四個(gè)機(jī)架角度進(jìn)行照射，小機(jī)頭角度保持0o，MLc每移動(dòng)15 mm 照射一個(gè)1 mm 寬度射野，分別利用eDR2膠片和 ePID進(jìn)行測(cè)量分析。

1.3 動(dòng)態(tài)機(jī)架時(shí)MLC精度測(cè)試

采用旋轉(zhuǎn)籬笆狀射野照射方式，MLc每移動(dòng)15 mm 照射一個(gè)1 mm 的條狀射野，在照射過程中保持機(jī)架勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，分別用eDR2膠片和ePID進(jìn)行測(cè)量分析。

1.4 MLC到位精度的敏感性測(cè)試

重復(fù)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)機(jī)架條件下MLc精度的系列測(cè)試，并且人為引入MLc位置的偏差；分別設(shè)定MLc第30號(hào)和35號(hào)葉片對(duì)存在0.5 mm偏差，其中第35號(hào)兩葉片均偏移0.5 mm，而第30號(hào)僅一葉片偏移0.5 mm。通過膠片和ePID定性/定量檢測(cè)其偏差是否存在，從而判定 eDR2膠片和 ePID測(cè)試MLc精度的敏感性。

1.5 MLC速率、劑量率及其機(jī)架速率的同步性測(cè)試

Rapidarc治療模式下設(shè)置了7個(gè)治療區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定不同機(jī)架旋轉(zhuǎn)速率和劑量率而實(shí)現(xiàn)照射劑量相同，劑量率為111～600 MU/min，而機(jī)架轉(zhuǎn)速變化體現(xiàn)為各區(qū)域0.33～2.33 MU/o，分別使用eDR2膠片和ePID測(cè)量分析照射區(qū)域內(nèi)劑量的一致性情況。

為了評(píng)估Rapidarc治療模式中動(dòng)態(tài)MLc速度、機(jī)架速度及劑量率變化的能力影響，設(shè)定四個(gè)區(qū)域MLc速度分別為0.46、0.92、1.84和2.76 cm/s，通過不同劑量率(138～554 MU/min)、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度(5.5o/s～4.3o/s)以及機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度范圍（Δθ=90o～12.9o）的組合，從而實(shí)現(xiàn)四個(gè)區(qū)域內(nèi)獲得相同劑量的照射。同時(shí)為了修正離軸束流強(qiáng)度平坦度的影響，需同時(shí)照射相同大小開野的強(qiáng)度分布。根據(jù)eDR2和ePID測(cè)量結(jié)果，通過公式(1)和(2)[8]進(jìn)行計(jì)算，要求偏差在2%以內(nèi)。通過計(jì)算ePID和膠片兩種工具劑量強(qiáng)度分布的偏差評(píng)估出其動(dòng)態(tài)變化。

2 結(jié)果

2.1 加速器束流中心一致性

如圖1所示，通過分析膠片上三條窄縫等中心位置的偏差。經(jīng)過分析得到的誤差在0.3 mm以內(nèi)，說明加速器束流中心的一致性較好。

圖1 利用不同角度測(cè)量窄束測(cè)量束流中心一致性Fig.1 Measurement of center consistency for the narrow beams in different angles

2.2 靜態(tài)機(jī)架MLC精度

圖2中分別給出了eDR2膠片和ePID測(cè)量固定機(jī)架角度時(shí)MLc精度的結(jié)果。膠片測(cè)量MLc到位重復(fù)精度在0.3 mm以內(nèi)；而采用ePID系統(tǒng)測(cè)量獲得的精度在0.1 mm以內(nèi)。

圖2 靜態(tài)機(jī)架時(shí)MLc到位精度測(cè)量結(jié)果Fig.2 Measurement results of MLc positions for the static gantry

2.3 動(dòng)態(tài)機(jī)架時(shí)MLC精度

圖3中分別給出了eDR2膠片和ePID測(cè)量固定機(jī)架角度時(shí)MLc精度的結(jié)果。兩種工具檢測(cè)動(dòng)態(tài)機(jī)架的MLc精度為0.1 mm以內(nèi)；ePID檢測(cè)結(jié)果可以通過Profle觀察曲線峰值處像素大小來得以體現(xiàn)。

2.4 EDR2和 EPID測(cè)試MLC精度的敏感性測(cè)試

圖4中分別給出eDR2和 ePID測(cè)試MLc精度的敏感性測(cè)試結(jié)果，從圖中可以看出eDR2和 ePID均能明顯地辨別0.5 mm偏差，即兩種工具均可達(dá)到0.5 mm的MLc測(cè)量分辨率(圖4(a))。而ePID結(jié)果則通過Profile峰值可以看出，第30和35號(hào)葉片對(duì)與正常葉片峰值位置相差的像素值分別為2和1（圖4(b)）。

圖3 動(dòng)態(tài)機(jī)架時(shí)MLc到位精度測(cè)量結(jié)果Fig.3 Measurement results of MLc positions for the dynamic gantry

圖4 eDR2和 ePID測(cè)試MLc精度的敏感性測(cè)試結(jié)果Fig.4 Results of the sensitivity test for MLc positions using eDR2and ePID

圖5 利用eDR2實(shí)施不同劑量率、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度的組合與開野的束流強(qiáng)度分布情況Fig.5 Dose comparison with different dose rates and gantry speeds using eDR2

圖6 利用eDR2實(shí)施不同劑量率、MLc速度、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度的聯(lián)合性能測(cè)試結(jié)果Fig.6 Results of the performance tests with different dose rates, MLc, and gantry speeds using eDR2

2.5 MLC速度、劑量率和機(jī)架速率的聯(lián)合性能測(cè)試

通過設(shè)定不同機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度和劑量率的組合形成四個(gè)劑量相同區(qū)域，同時(shí)考慮開野強(qiáng)度分布對(duì)離軸的束流強(qiáng)度給予了平坦度的修正，利用ePID和eDR2膠片劑量測(cè)量結(jié)果分析了照射區(qū)域內(nèi)劑量，兩種測(cè)量方法體現(xiàn)了很好的一致性。圖5中利用膠片實(shí)施不同劑量率、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度的組合照射及其開野的束流強(qiáng)度分布情況。表1列出了四個(gè)區(qū)域內(nèi)兩種工具方法的測(cè)量結(jié)果，其平均偏差分別為0% 和 0.01%。

表1 兩種工具實(shí)施不同劑量率、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度組合的劑量影響Tab.1 Dose effects of different dose rates and gantry speeds using two kinds of tools

表2 采用兩種工具測(cè)試不同劑量率、MLc速度、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度的性能情況Tab.2 Results of the performance tests with different dose rates, MLc and gantry rates using two tools

通過組合不同劑量率、MLc速度、機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度以及機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度范圍形成的七個(gè)照射區(qū)域，使用eDR2膠片與ePID測(cè)量七個(gè)區(qū)域內(nèi)的劑量，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的一致性(圖6)，eDR2膠片與ePID測(cè)量結(jié)果平均偏差分別為0.24% 和 0.19%(表2)，測(cè)試結(jié)果均在2%以內(nèi)；結(jié)果表明VMaT中劑量率、MLc及機(jī)架速度變化對(duì)劑量影響保持在臨床要求范圍內(nèi)。

3 討論

容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)作為目前較為先進(jìn)而主流的調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)之一，容積調(diào)強(qiáng)實(shí)施過程中要求 MLc動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)速度和劑量率同時(shí)變化并予以匹配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤靶區(qū)束流調(diào)制目的。因此容積調(diào)強(qiáng)治療技術(shù)的質(zhì)量保證(Qa)和質(zhì)量控制(Qc)相對(duì)于常規(guī)調(diào)強(qiáng)有所不同且其要求應(yīng)更加嚴(yán)格。王清鑫[11]等研究發(fā)現(xiàn)即使MLc位置出現(xiàn)2 mm的位置誤差，VMaT計(jì)劃在3%/3 mm條件下劑量驗(yàn)證通過率仍有可能大于90%，因此MLc系統(tǒng)必須進(jìn)行獨(dú)立的質(zhì)量保證。

eDR2膠片和ePID系統(tǒng)均是目前常用的Qa檢測(cè)工具。eDR2膠片作為最常用放療質(zhì)量驗(yàn)證工具之一，可用于劑量驗(yàn)證及MLc精度檢測(cè)等多種用途。但是eDR2膠片使用過程中仍存在校準(zhǔn)、沖洗以及使用繁瑣等問題[12-13]。ePID系統(tǒng)作為加速器自帶的成像設(shè)備，最初設(shè)計(jì)是應(yīng)用于日?；颊邤[位的需要；但目前臨床應(yīng)用的非晶硅ePID具有良好的劑量響應(yīng)特性[14]，也已廣泛用于劑量驗(yàn)證、MLc精度等Qa檢測(cè)。Richart J等[15]報(bào)道了基于ePID劑量進(jìn)行動(dòng)態(tài)MLc質(zhì)量保證，發(fā)現(xiàn)ePID具有成像分辨率高、響應(yīng)速度快、圖像便于后續(xù)處理的優(yōu)點(diǎn)。Létourneau D等[16]也報(bào)道ePID始終保持與機(jī)架同步轉(zhuǎn)動(dòng)，與照射野方向保持垂直，可以有效地避免角度依賴問題。Liu B等[17]利用ePID系統(tǒng)發(fā)展了一套Qa技術(shù)可以同時(shí)驗(yàn)證VMaT治療中機(jī)架角度和照射MLc的束流強(qiáng)度分布。

本研究對(duì)容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)中加速器性能進(jìn)行較為詳細(xì)地測(cè)試和分析。王佳舟[18-19]等研究結(jié)果顯示利用ePID建立了不同加速器廠商VMaT Qa的相同測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)，從而有效地將定量探測(cè)能力保持到 0.2 mm 誤差以內(nèi)；而加速器中多葉光柵等系統(tǒng)誤差小于 0.5 mm。本研究中測(cè)試結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，若采用eDR2膠片和等中心固定架會(huì)存在近0.3 mm的系統(tǒng)誤差(如圖1、2所示)，較ePID測(cè)量系統(tǒng)誤差大；因此將MLc葉片的人為偏差設(shè)置為0.5 mm。最后本研究對(duì)MLc速度、劑量率合并機(jī)架速率進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，并通過設(shè)定七個(gè)不同區(qū)域檢測(cè)動(dòng)態(tài)變化對(duì)劑量的影響，膠片與ePID測(cè)量的劑量具有較好的一致性，平均偏差分別為0.24% 和 0.19%。三者的同步控制變化對(duì)劑量的影響幾乎可以忽略，測(cè)量結(jié)果符合預(yù)期。另外，Teke T等[20]利用加速器Rapidarc治療過程中所記錄的文件(Log files)基于蒙特卡羅模擬可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定患者的劑量驗(yàn)證；事實(shí)臨床中同理一般可利用MLc Dynalog、ePID或Linac log文件有效地分析與評(píng)估VMaT治療過程中Qa情況[21-22]。對(duì)于可操作性及其相應(yīng)偏差閾值的常規(guī)Qa而言，測(cè)量項(xiàng)應(yīng)設(shè)計(jì)為簡單而可靠。本研究結(jié)果表明，膠片或ePID在其VMaT Qa中均顯示了較為滿意的結(jié)果。相對(duì)而言，eDR2膠片工具因其具有分辨率高，更適合在臨床驗(yàn)收測(cè)試中運(yùn)用，以便建立起VMaT性能的基準(zhǔn)Qa體系。而ePID作為一種強(qiáng)大的測(cè)試工具，其使用方便、重復(fù)性好、效率較高，推薦可作為常規(guī)質(zhì)控的手段。必要時(shí)也可利用膠片予以對(duì)比測(cè)試，從而建立起有效的VMaT臨床驗(yàn)收測(cè)試和Qa方法是很有必要的。

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RapidArc Delivery Performance Using EDR2Film and EPID Measurement

【 Writers 】GE Ruigang, XU Shouping, XU Wei, XIE Chuanbin, CONG Xiaohu, YANG Tao
Department of Radiation Oncology, PLA General Hospital, Beijing, 100853

VMAT, EDR2flm, EPID, quality assurance (QA)

R815

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2016.03.018

1671-7104(2016)03-0221-04

2016-02-19

國家自然科學(xué)基金（61171005）

葛瑞剛，e-mail: gangzi_8888@163.com

徐壽平，e-mail: shouping_xu@yahoo.com

【 Abstract 】This study describes the development and implementation of EDR2flm and electronic portal imaging device (EPID) during RapidArc QA. The tests were designed to evaluate RapidArc performance using EDR2flm and EPID tools. The accuracy of MLC position during gantry rotation, the ability to vary and control the dose-rate and gantry speed, the synchronization of variable MLC speed and dose-rate were examined. The picket fence test of MLC in stationary gantry and RapidArc modes were implemented. The flm and EPID showed a good consistency. During the evaluation of MLC speed, gantry speed and dose-rates, the dose of different parts in a feld showed a good agreement, with the mean deviation of 0.24% vs 0.19%. The analysis of dose value was less than 2%. This study demonstrated that EDR2flm and EPID system can be used as reliable and effcient quality assurance tools for RapidArc delivery performance. Of course, the use of VMAT QA with EPID increases the effciency of routine QA.