基于MPC分析VitalBeam加速器的稳定性

杨玉敏

（安徽医科大学第一附属医院 肿瘤放疗中心，安徽 合肥 230000）

随着放疗技术的发展，医用直线加速器不断推陈出新。加速器的结构逐渐复杂，相应的机器参数也越来越多，质量控制（quality control,QC）和质量保证（quality assurance,QA）变得尤为重要。美国瓦里安公司推出的VitalBeam 加速器自带的机器性能验证功能（machine performance check,MPC）是一款日检质量控制软件，可以高效的进行加速器的日检。MPC 的原理是通过电子射野影像系统（electron portal imaging device,EPID）获取几何改变及剂量输出等机器性能参数，通过采集的数据与预先设定的基准值进行比对，确保机器在系统误差范围内稳定运行。

对医用加速器进行常规QA 时，剂量校准选择的测量工具多为晨检仪等二维矩阵探测器以及结果更精确的三维水箱等，但是前者无法检测加速器的某些重要参数如图像引导系统和六维床的精准度［1］，后者则操作繁复且需要特定设备和人员；至于几何校准则需利用坐标纸、刻度尺、前指针等工具进行人工测量，费时费力。而MPC 作为一种简单易用的日常QA 工具，可以比较全面直观的监测加速器的稳定性，能同时完成剂量检测以及几何精度的测量。

BARNES 等［2-4］和CLIVIO 等［5］证明了MPC的结果可以反映加速器的几何精度。雷伟杰等［6］和肖杨等［7］也均肯定了MPC 在加速器日常QA 方面的可靠性。鉴于以上研究存在样本数据周期较短的问题，为了评估加速器的长期稳定性以及避免样本过多，我们采集了加速器验收后刚开始治疗的180 天的数据以及已经运行了一年半以后的180 天的数据，通过这两组数据来分析VitalBeam加速器的各项参数是否会随时间的变化发生明显偏差。本文用计算各项数据的均值和标准差的方法来检验MPC 的可靠性，通过同组或两组不同时间段的数据样本对比可以分析加速器的稳定性，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

MPC 程序、锥形束CT（cone beam CT,CBCT）、电子射野成像系统（EPID）、六维床、IsoCal 模体等。

1.2 方法

MPC 数据采集的时间段为每天患者治疗前或机器校准维修后。采集之前需要先将IsoCal 模体按要求置于治疗床指定位置（H2），然后用激光线对模体进行摆位。此位置为初始检测位置，即等中心位置。之后在操作间进入MPC 模式开始验证。MPC 的可验证项目有剂量稳定性和几何稳定性两大项。

MPC 使用EPID 来评估剂量稳定性，这是因为EPID 的剂量响应、重复性和稳定性都很好［8］。MPC 中的剂量测量值是严格的相对测量值。剂量检查使用机架0°时未校正的铅门18 cm×18 cm 尺寸的光束图像，计算基线和检查的各自光束图像之间的比率图像。在中心区域13.3 cm×13.3 cm 范围内评估剂量的输出变化和均匀性。输出变化（Output Change）描述了在成像器中心区域的检测器响应变化的平均百分比，因为EPID 的响应在很长一段时间内都是稳定的，所以此变化主要反映了射束输出的变化。均匀度变化（Uniformity Change）描述了影像板中心区域探测器响应变化的总百分比，描述了滤过高频噪声后的影像上差值最大的两个像素的比值，这项变化的结果对射束的平坦度与对称性很敏感，可以反映靶的位置和滤波器系统以及光束转向装置的变化。中心偏移（Center Shift）是射野中心的相对位移，通过检测图像中铅门的边缘来反映中心位移的变化，描述了射束影像中根据铅门确定的射野中心相对于基线的偏移，这种变化可以评估准直器、MV 成像系统和光束转向装置的精度。

MPC 的几何稳定性包括等中心（IsoCenter）、准直器（Collimation）、机架（Gantry）和六维床（Couch）这四项，其中每项中又包含多个子项。通过多叶光栅（MLC）的变化和机架每45°（0°开始顺时针）共8 个角度，每个角度准直器采集0°和90°的数据，这16 次的射线中心聚集区域为等中心，此球体的最大尺寸即为等中心大小（IsoCenter Size）。千伏成像系统偏移（kV Offset）和兆伏成像系统偏移（MV Offset）反映了等中心到相应探测板中心的最大值。而铅门边缘到中线的距离则表示铅门偏移（JawX1/JawX2/JawY1/JawY2）。旋转偏移量（Collimation Rotation Offset）被定义为通过MLC 叶片边缘观察到的标称与实际准直器旋转角度的最大偏差。机架的绝对偏移（Gantry Absolute）和机架的相对偏移（Gantry Relative），前者是机架处于0°时光束中心轴和床水平的垂线之间的一致性，而后者是在机架处于8个不同角度时通过图像计算的理论和实际机架角度之间的最大偏差值。六维床的偏移参数（Lat/Lng/Vrt/Pit/Rol/Rtn）获取原理是通过IsoCal 模体内部的金属定位点，与影像系统结合，可以精确的探知六维床的偏移，此时等中心和床的公转中心之间的偏移即为床旋转位置偏移（Rotation Induced Couch Shift）。MPC 测量完成后，系统会将得到的数据与基准参数作比较并生成相对误差报告，若有参数超出限制值，则会有提示当次项目不通过，此时应及时分析原因。

由于VitalBeam 加速器可支持多种光子治疗，本次选用其中最常用的6 MV X 线分析加速器的稳定性。将2019 上半年的数据和2020 年下半年的数据分别命名为1 号组和2 号组，两组数据算出中位数及最大值（|Max|）、平均值（-x）、标准差（s）等能代表样本特征的参数，通过这些参数即可分析加速器是否稳定。

2 结果

2.1 两组剂量稳定性比较

VitalBeam 在这两个时间段的剂量稳定性对比结果如图1 所示，其中，1 号组的CenterShift 集中程度优于2 号组，但两组数据均未超出±0.5 mm的阈值范围；至于UniformityChange，两组的平均值与中位数相近，1 号组数据分布更集中，两者也均未超出阈值；OutputChange 两组数据均未有超出±2%阈值的点。可见VitalBeam 加速器具有良好的剂量稳定性。

图1 剂量稳定性比较

2.2 几何稳定性比较

两组数据的几何参数经整理分类后，其对比结果见表1。因为Collimation 组中MLC 马达为易损件且频繁更换，且每次更换后会自检，所以本研究略去该组参数。

从表1 中可以看出两组数据的几何参数均未有超出阈值的情况，机械参数稳定。通过表1 同组数据之间比较发现，Jaw 和CouchVrt 两项数据相对于其他参数稳定性较差，故采用组间对比，因为两组数据是采集于两个相隔足够长的时间段且样本量充足，所以可以认为数据具有代表性，对比后发现Jaw 和CouchVrt 参数分布并未发生明显改变，所以两者的稳定性依然值得肯定。综上，表1 结果验证了VitalBeam 加速器的几何稳定性良好。

表1 几何稳定性比较

续表1 几何稳定性比较

3 讨论

由上述数据可以看出，VitalBeam 加速器在长期的使用过程中没有出现参数超出阈值的情况，数据的波动属于允许范围内的偶然误差，没有明显的时间相关性，性能满足MPC 指导手册［9］要求。总体来说，VitalBeam 加速器的稳定性良好［10-14］。PTW QUICKCHECK webline 晨检仪是一款常用的加速器晨检设备，其可靠性已有验证［15］，通过日常验证对比，本研究发现其结果和MPC 具有良好的一致性，说明MPC 可以定性的反映机器参数的偏移。对VitalBeam 加速器进行定期的月检、年检时，其机器参数满足医用电子直线加速器质量控制指南［16］的要求，说明VitalBeam 加速器性能稳定，进一步验证了MPC 的结果可靠［17］，能够满足日检的需求。本研究结果表明用加速器自带的MPC 功能可以及时发现偏差，提高加速器质控的效率。MPC 作为一种晨检手段，相对于其他常规晨检设备，有着诸多优点：高效便捷，数据可视化程度较高，可以用图表的形式直观的展现，方便了放疗技师的日常使用。另外，其数据可长期记录，还可以方便的导出数据，对物理师的定期QA 有实用的参考价值。