趙鵬，蘇秀軍，王宇，孔得福，楊兆祿

魯西南醫(yī)院放療科，山東 聊城 252327

射波刀是一種可應(yīng)用于全身腫瘤的立體定向放射外科治療設(shè)備[1]，放射外科手術(shù)機(jī)器人又稱為射波刀或者賽博刀，其機(jī)械精度可達(dá)到亞毫米級[2-3]，真正實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)治療。射波刀實(shí)時(shí)影像追蹤方式根據(jù)追蹤部位的不同，可分為6D-skull（顱骨）追蹤、X-sight（椎體）追蹤、金標(biāo)fiducial（標(biāo)志點(diǎn)）追蹤、Sychrony同步呼吸追蹤及X-sight lung（肺）追蹤5種方式[4-6]。射波刀由于其復(fù)雜的多系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，再配備其特有的追蹤照射技術(shù),為了確保照射的精確性,需建立起可靠可行的一套物理技術(shù)方面的質(zhì)量保證流程。結(jié)合傳統(tǒng)的加速器CT和CBCT資料，能夠大大減少誤差。優(yōu)化整個(gè)數(shù)據(jù)的采集和應(yīng)用[7]。結(jié)合對應(yīng)的機(jī)械手臂操作方式，調(diào)節(jié)誤差范圍，最終達(dá)到放療的目標(biāo)[8-9]。立足安全性、實(shí)用性和可行性的原則，設(shè)立了射波刀QA檢測項(xiàng)目，分別為日檢，月檢，季檢和年檢。

1 材料與方法

1.1 儀器

G4射波刀、治療計(jì)劃系統(tǒng)MultiPlan 4.0.3、AQA模體、ISO post驗(yàn)證模體、帶有球方膠片盒的頭部和頸部模體（Lucy）、呼吸追蹤模體、肺追蹤驗(yàn)證模體、5～60 mm固定準(zhǔn)直器12組、鳥籠、電離室支架、針孔激光準(zhǔn)直器、選配Iris的前向指針、端到端（E2E）和AQA膠片分析軟件、IBA Blue 2三維水箱、IBA dose1靜電計(jì)、IBAFC65-G電離室、60012半導(dǎo)體電離室、PTW RW3固體水模、EPSON V700掃描儀、EBT2膠片、CRIS電子密度模體、氣壓表、溫度計(jì)、膠片分析軟件等。

表1 射波刀QA內(nèi)容Table 1 Cyberknife QA content

1.2 方法

利用飛利浦CT機(jī)掃描以上各個(gè)模體的影像并上傳到MultiPlan 4.0.3計(jì)劃系統(tǒng)，將射波刀的質(zhì)量保證測試做詳細(xì)的項(xiàng)目分析。

2 結(jié)果

2.1 日檢

包括安全聯(lián)鎖檢查（safety interlock check）、系統(tǒng)狀態(tài)檢查（system status check）、機(jī)械人精度檢查、X線球管預(yù)熱、加速器輸出穩(wěn)定性檢查、自動(dòng)質(zhì)量保證（AQA）測試。

2.1.1 安全聯(lián)鎖檢查包括檢查門聯(lián)鎖、E-stop（緊急停止）按鈕、警示燈的狀態(tài)。在出束的狀態(tài)下打開治療室的門，輻射終止，計(jì)算機(jī)上的警示燈顯示紅色。安全聯(lián)鎖鑰匙開關(guān)處于OFF位置時(shí)，無法打開高壓；處于ON位置時(shí)，可打開高壓。出束狀態(tài)下，按E-stop按鈕，高壓停止。

2.1.2 系統(tǒng)狀態(tài)檢查記錄系統(tǒng)關(guān)機(jī)狀態(tài)下，正常的槍燈絲電壓范圍在3.5～5 V之間。真空離子泵電流應(yīng)＜5μA，六氟化硫氣體壓力在28～32 psi之間，手控電腦鑰匙處于空置位，治療電腦上所有緊急停止按鈕處于空置位。再記錄系統(tǒng)開機(jī)狀態(tài)下槍燈絲電壓，正常電壓的范圍在（5.5±0.5）V之間，磁控管預(yù)熱電壓在（9.0±0.5）V之間，記錄4個(gè)方向偏轉(zhuǎn)線圈的電流值，磁控管調(diào)諧器電流范圍為0.2～0.8 mA，水溫在18～20℃之間，水體流速＞3.0 L/min。

2.1.3 機(jī)器人精度檢查定義一個(gè)起始點(diǎn)（perch位點(diǎn)），每天檢查加速器此激光點(diǎn)在地面上的位置，以確定治療機(jī)械手臂的控制沒有變化。

2.1.4X線球管預(yù)熱用X-ray Warm up（X線預(yù)熱）對X線球管預(yù)熱，預(yù)熱過程中mA值為200，kV值由80 kV每次遞增5 kV，逐漸遞增為150 kV，目的是提升球管的使用率，延長其壽命，還能保證圖像的質(zhì)量。之后等待預(yù)熱完成。

2.1.5 加速器輸出穩(wěn)定性檢查先預(yù)熱加速器，出束預(yù)熱6 000 MU，標(biāo)劑量率為800 MU/min，劑量率在標(biāo)稱值的15%以內(nèi)。將IBA dose1靜電計(jì)與IBA FC65-G電離室連接，輸入測量的溫度和氣壓，更換60 mm準(zhǔn)直器。有兩種方法可行，①在空氣中利用鳥籠進(jìn)行測量，在源皮距80 cm處，給電離室加6 MV平衡帽，實(shí)施照射；②將電離室置于固體水模下5 cm處，源皮距設(shè)置在75 cm處，照射野中心點(diǎn)準(zhǔn)確置于固體水模表面十字中心點(diǎn)，每組出射線200 MU，測量3組，與標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，允許偏差在2%以內(nèi)。見圖1、圖2。

圖1 鳥籠式測量Figure 1 Birdcage measurement

圖2 固體水式測量Figure 2 Solid water measurement

2.1.6 自動(dòng)質(zhì)量保證（AQA）測試AQA測試是使用AQA模體執(zhí)行的定向可重復(fù)性測試，分析機(jī)械手控制的穩(wěn)定性和成像系統(tǒng)的可靠性。AQA測試的步驟：在AQA模體中放置好直徑為3.2 cm的丙烯酸球，作CT薄層掃描，將掃完的AQA模體CT影像傳入MultiPlan計(jì)劃系統(tǒng)，勾畫靶區(qū)，設(shè)定丙烯酸球?yàn)榘袇^(qū)，設(shè)計(jì)一個(gè)QA計(jì)劃。置換金屬鎢球（直徑為1.9 cm）代替丙烯酸球，然后放置兩張膠片，使每張膠片的邊緣和模體的邊緣要整齊，并標(biāo)明位置方向，在治療室擺位，給AQA模體拍位置片，利用內(nèi)置的金標(biāo)定好位置，進(jìn)行照射，結(jié)束以后取出膠片，在計(jì)算機(jī)上用專用軟件分析結(jié)果，正常的誤差值范圍在0.95 mm以內(nèi)。通過觀察和分析連續(xù)30 d AQA測試的結(jié)果,得出連續(xù)這30 d測量的AQA結(jié)果≤0.95 mm的誤差范圍,最大值為0.742 mm,最小值為0.138 mm,平均值為0.383 mm,標(biāo)準(zhǔn)差為0.145，得出連續(xù)30 d的AQA測試的結(jié)果均在正常范圍之內(nèi),說明機(jī)器人系統(tǒng)與影像系統(tǒng)的一致性以及射波刀系統(tǒng)照射精度符合規(guī)定，機(jī)械手靶區(qū)定位和成像系統(tǒng)穩(wěn)定性比較可靠。AQA模體，見圖3，程序分析樣本，見圖4。

圖3 AQA模體Figure 3 AQA phantom

圖4 AQA測試分析結(jié)果Figure 4 Analysis of AQA testing result

2.2 月檢

包括加速器射束參數(shù)檢查，機(jī)械手靶區(qū)定位目測檢查（BB測試），LINAC激光定位檢查，劑量輸出定位檢查，成像系統(tǒng)定位檢查，治療床位置檢查，端到端（E2E）測試。

2.2.1 加速器射束參數(shù)檢查將IBA三維水箱連接好，固定60012半導(dǎo)體電離室于水下20 cm和10 cm處，并固定參考電離室的位置于機(jī)頭內(nèi)，更換60 mm準(zhǔn)直器，分別測量兩個(gè)深度處的組織體模比（TPR），并計(jì)算TPR20/10的值。設(shè)定源軸距SAD為80 cm，水下5 cm，更換40 mm準(zhǔn)直器，沿水箱的X軸、Y軸兩個(gè)方向測量百分深度劑量曲線和離軸比曲線，得出數(shù)據(jù)，要求X軸、Y軸兩個(gè)方向的平坦度＜18%，對稱性＜2%，半影＜4.5 mm。

2.2.2 機(jī)械手靶區(qū)定位目測檢查（BB測試）選定一個(gè)帶金標(biāo)的體部治療計(jì)劃，利用此金標(biāo)作為照射跟蹤目標(biāo)設(shè)計(jì)計(jì)劃，把一個(gè)直徑2 mm的金屬小球貼到模體上，X線使用低kV、低mA和EX，在演示模式下將逐個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬，目測檢查激光燈視覺上的照射誤差應(yīng)在1 mm范圍以內(nèi)。

2.2.3LINAC激光定位檢查準(zhǔn)備放置60 mm準(zhǔn)直器，設(shè)置SAD為80 cm，放置一張EBT2膠片，在激光點(diǎn)處做好標(biāo)記，照射800 MU結(jié)束。用ImageJ軟件進(jìn)行結(jié)果分析，激光點(diǎn)與照射野中心點(diǎn)的重合度應(yīng)在1 mm以內(nèi)。

2.2.4 劑量輸出定位檢查將IBA-FC65-G電離室放置在固體水模體內(nèi)，用CT掃描其影像，在MulitPlan計(jì)劃系統(tǒng)上，為帶有電離室的固體水模體的影像創(chuàng)建計(jì)劃，視電離室為靶區(qū)創(chuàng)建VOI類型，等中心設(shè)置為測量區(qū)的中心，制訂一個(gè)計(jì)劃，使98%的劑量線完整覆蓋整個(gè)電離室。然后利用電離室進(jìn)行絕對劑量的測量，計(jì)劃系統(tǒng)上計(jì)算的劑量值和實(shí)際測量的劑量值進(jìn)行對比，偏差應(yīng)在5%范圍以內(nèi)。

2.2.5 成像系統(tǒng)定位檢查將等中心柱（ISOpost）連接好，頂端安裝好水晶球，利用Treatment治療模式，設(shè)置X線機(jī)拍攝條件為60 kVp和50 mA，獲取等中心柱的影像，將影像放大到400%，將十字線居中并拍攝照片，中心指示點(diǎn)處于十字基線位置±1像素的位置，保證等中心指示點(diǎn)在距離十字線中心1 mm的范圍內(nèi)。

2.2.6 治療床位置檢測治療床位于HOME位置時(shí)，使用數(shù)字式電平表，檢查頭部上下和左右旋轉(zhuǎn)角度，要求誤差范圍在±0.3°內(nèi)。用水平尺測量左右移動(dòng)位置，要求誤差范圍在5 mm內(nèi)。

2.2.7 端到端（E2E）測試旨在驗(yàn)證射波刀系統(tǒng)在治療計(jì)劃和治療執(zhí)行等所有階段的幾何打靶精度。使用CT掃描全部頭頸、肺追蹤、呼吸追蹤模體的影像，圖像傳入Mulit-Plan計(jì)劃系統(tǒng)，為5種追蹤方式（六維顱骨追蹤、金標(biāo)追蹤、Xsight脊柱追蹤、Synchrony系統(tǒng)的金標(biāo)追蹤、Xsight肺追蹤系統(tǒng)）各自創(chuàng)建計(jì)劃。將EBT2膠片放置各自的模體中，執(zhí)行治療計(jì)劃。照射結(jié)束后，用EPSON V700掃描儀掃描膠片，并用accuary E2E膠片分析軟件分析各種追蹤方式下的膠片，得出結(jié)果，Xsight脊柱、金標(biāo)追蹤、六維顱骨追蹤總誤差應(yīng)小于1 mm，Xsight肺追蹤系統(tǒng)、Synchrony系統(tǒng)的金標(biāo)追蹤總誤差應(yīng)小于1.5 mm。如六維顱骨的膠片分析結(jié)果的界面，其他分析結(jié)果的界面相同，僅分析數(shù)據(jù)是不同的，其他跟蹤方式都對應(yīng)著相應(yīng)的膠片、驗(yàn)證程序，在允許誤差范圍內(nèi)即可，見圖5。

圖5 端到端測試結(jié)果(6D追蹤）Figure 5 End-to-end test results(6D tracking)

2.3 季檢

影像系統(tǒng)精度：主要檢查治療床移動(dòng)精度和靶區(qū)定位系統(tǒng)追蹤精度的一致性，將獲取模體的CT導(dǎo)入計(jì)劃系統(tǒng)，創(chuàng)建一個(gè)執(zhí)行計(jì)劃，將模體放在治療床上擺位、調(diào)整，盡量使治療床上各個(gè)方向的偏差接近零位，然后進(jìn)入AutoCouch（自動(dòng)移床），輸入這些床的數(shù)值，移床，獲取影像并記錄移床值，顯示的六維偏差允許誤差范圍分別是：上下±2 mm，左右±2 mm，前后±2 mm，俯仰±0.3°，旋轉(zhuǎn)±0.3°。

2.4 年檢

①評價(jià)每日每月每季度機(jī)器各項(xiàng)參數(shù)的變化趨勢，以評估是否與系統(tǒng)性能規(guī)范值相符合。②確保服務(wù)工程師正確執(zhí)行射波刀目標(biāo)定位的控制和各項(xiàng)精度的檢測。③通過獲得新的CT影像，生成新的治療計(jì)劃來執(zhí)行端對端檢查。④重新收集部分?jǐn)?shù)據(jù)或全部數(shù)據(jù)以執(zhí)行射線數(shù)據(jù)的抽查，用來驗(yàn)證治療計(jì)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)的精確性。CT電子密度模型的選擇直接關(guān)系到計(jì)劃設(shè)計(jì)的劑量學(xué)的準(zhǔn)確性，正確使用電子密度模型可以減少劑量學(xué)差異[10]。高立權(quán)等[11]報(bào)道，掃描不相同的電子密度，建立不相同的電子密度曲線，計(jì)劃系統(tǒng)會(huì)明顯產(chǎn)生劑量學(xué)差異。⑤安全系統(tǒng)測試。

3 討論

3.1 G4射波刀系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一種采用非共面治療方式治療全身腫瘤，采用高精度圖像引導(dǎo)技術(shù)，低分次、高劑量治療方式的放射治療系統(tǒng)。它帶來高效率的同時(shí)伴隨著高風(fēng)險(xiǎn)，這就要求必須充分保證射波刀系統(tǒng)的高精度，因此各項(xiàng)（日檢、月檢、季檢、年檢）質(zhì)量保證就顯得非常重要。自動(dòng)質(zhì)量保證(AQA)是一種打靶精度的重復(fù)性測試，主要檢測機(jī)器人系統(tǒng)與影像系統(tǒng)精度的一致性，還有射波刀系統(tǒng)照射精度。端到端（E2E）測試是一種打靶測試，主要檢測系統(tǒng)的幾何打靶精度，同時(shí)檢測六維方向的偏差，采用頭頸模體、肺追蹤模體、呼吸追蹤模體，分別設(shè)計(jì)六維顱骨追蹤、金標(biāo)追蹤、肺追蹤、脊柱追蹤、同步呼吸追蹤5種計(jì)劃，然后用EBT2膠片測試分析各項(xiàng)精度。

3.2 X線球管

X線球管應(yīng)預(yù)熱，因?yàn)殡妷夯螂娏鞯倪^快激增，會(huì)導(dǎo)致X線靶和陽極的損壞，為確保X線管的正常使用，應(yīng)該提前預(yù)熱球管。如果設(shè)備在8 h內(nèi)沒有使用，也要執(zhí)行此操作。為了減小影像的偽影，提高它的解析度和運(yùn)算精度，需要對X線探測器多重增益進(jìn)行校準(zhǔn)，并且檢查探測器的壞點(diǎn)，將這些壞點(diǎn)屏蔽，對探測器進(jìn)行重新配置。校準(zhǔn)時(shí)，治療床回到初始位，X線管與影像板之間不能有任何物品。

3.3 射波刀

射波刀與常規(guī)的加速器不同點(diǎn)在于它的射線是沒有經(jīng)過均整器均整的，因此它的平坦度要求是不超過18%。

因此，射波刀立體定向放療的劑量在腫瘤部位是準(zhǔn)確、均勻的，周圍正常組織劑量很小，因此可在正常組織損傷很小的情況下根治惡性腫瘤，達(dá)到提高患者生活質(zhì)量，延長生存期的目的[12-13]。射波刀的高精確性是傳統(tǒng)放射治療無法比擬的，它所使用的定位方式，無論是追蹤骨性標(biāo)志，還是植入金標(biāo)作為定位參考標(biāo)記點(diǎn)的方式，都能克服傳統(tǒng)的金屬框架的有創(chuàng)性，而且還可以保證擺位的重復(fù)性。采用金標(biāo)作為內(nèi)標(biāo)記實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)腫瘤實(shí)時(shí)追蹤可以保證腫瘤實(shí)時(shí)追蹤的精度，而金標(biāo)在CT斷層圖像上呈現(xiàn)的金標(biāo)偽影對鄰近的正常組織和腫瘤帶來影響[14]。有文獻(xiàn)指出，金標(biāo)植入患者體內(nèi)，金標(biāo)偽影對劑量及相同深度離軸點(diǎn)處的吸收劑量影響可達(dá)3%[15]。所以臨床上如果需要植入金標(biāo)，建議利用能譜CT[16-17]的GSI掃描技術(shù)和MARS[18-19]重建技術(shù)在CT定位時(shí)在線去除金標(biāo)偽影，降低其對劑量計(jì)算及劑量分布的影響[20]。射波刀追蹤靶區(qū)精度比較高，利用主動(dòng)呼吸控制系統(tǒng)以及呼吸門控技術(shù)，可以最大程度減少呼吸運(yùn)動(dòng)的幅度。

綜上所述，射波刀的質(zhì)量保證測試非常必要，要建立起一套可靠系統(tǒng)的質(zhì)量保證流程，需要在實(shí)際的工作中去不斷地檢驗(yàn)和總結(jié)，為以后更精確的放射治療提供有力的支持。