OriQA设备在后装治疗机质量保证中的应用分析

2023-10-19罗春丽张杰杨志伟孙玉亮孙显松于浪

中国医疗设备 2023年10期

罗春丽，张杰，杨志伟，孙玉亮，孙显松，于浪

中国医学科学院北京协和医学院，北京协和医院放射治疗科，北京 100730

引言

高剂量率（High Dose Rate，HDR）近距离放射治疗是肿瘤放射治疗中的一种重要方式，通过后装机驱动HDR 放射源沿着连接通道到达预设位置实施照射，因放射源独特的剂量学特性，给予肿瘤高剂量的同时周围正常组织受量较低，所以在以宫颈癌为主的肿瘤放射治疗中发挥着不可替代的作用[1-2]。对于HDR 近距离治疗而言，放射源活度偏差、到位偏差及计时偏差是设备相关剂量误差的主要来源，可能导致患者受照剂量与计划剂量不一致，由剂量偏差导致的后果难以评估和弥补[3-5]，如会直接增加肿瘤原发病灶剂量的缺失和周围正常组织剂量加重的可能性[6-7]。因此，日常质量保证（Quality Assurance，QA）工作对于确保HDR 近距离治疗的安全至关重要[8-10]。

研究表明，放射源近源处剂量极高，随着距离的增加周围剂量迅速跌落，遵循平方反比定律，同时，以铱-192 放射源为例，其半衰期为73.83 d，初始活度随着时间的增加逐渐降低，后装机更换放射源后根据半衰期实时修正放射源活度（后装机当前放射源活度）。近距离后装放射治疗的剂量实施是通过特定活度的放射源在特定驻留位置，驻留一定时间进行剂量累加来获得最优化等剂量分布[11-12]。因此，放射源活度、到位精度、计时器精度是设备质控中的重点检测项目，是保证后装治疗精准实施的重要环节[13]。基于此，本研究旨在对OriQA 设备用于后装机关键指标检测结果的精度及稳定性进行分析，以期为设备在后装机质控中的应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 设备介绍

最新的后装机质控设备OriQA（Medical Systems Inc.，美国）原理是利用辐射致发光萤光材料，其感光强度和放射源活度呈正相关，联合高清COMS 感光相机，利用计算机视觉技术实时捕获感光区域，并采用人工智能算法对放射源的活度、到位和驻留时间实现自动化定量分析[14]。后装机（Flexitron，Elekta，瑞典）及铱-192 HDR 放射源（HDR-192Ir，活性区域长3.5 mm，直径0.6 mm）；井型电离室（HDR1000 Plus，标准成像，美国）、静电计（CDX2000b，标准成像，美国）及标尺。

1.2 QA计划的建立及OriQA设备刻度

首先使用井型电离室及静电计、到位测量标尺等对后装机放射源活度、到位和计时器精度进行测量，然后按照手册完成对OriQA 设备的刻度，并将首次测量结果与之前的标准测量结果进行比较，具体操作步骤如下。① 在井型电离室、静电计（图1）及标尺（图2）等标准检测工具和方法下完成后装治疗机的检测，获取放射源活度、计时器及放射源到位的偏差结果。② 在治疗机房内，将OriQA 设备平放在操作台上，使用插植针导源管与后装机1 通道进行连接（图3），通过网线将OriQA设备与控制室测量电脑进行连接。③ 在后装机QA 模式下，编制标准计划[晨检（Morning Check）：测量范围1150～1180 mm，共设4 个间隔为10 mm 的驻留位置，每个驻留位置的驻留时间均为2 s]；在OriQA 设备软件端，建立与Morning Check 相同参数的测量条件后，进入活度校准菜单，输入放射源序列号、校准日期、类型、校准日相对源强度以及放射源最大出源长度等信息。④ 待所有准备工作就绪后开始测量，后装机运行Morning Check 计划，执行完成后软件根据测量结果建立放射活度基准值，并给出4 个驻留位置放射源的到位和驻留时间偏差。

图1 井型电离室（a）和静电计（b）

图3 测量图示

1.3 OriQA设备的检测流程

准备工作完成后就可以使用OriQA 设备对后装机进行检测。每天开机后按要求连接OriQA 设备和后装治疗机完成准备工作，调取Morning Check 计划，治疗系统根据衰变后的活度重新计算驻留时间。确定OriQA 设备测量参数中驻留时间按治疗机端更正后再进行测量。完成照射后软件显示测量结果并给出偏差，每天测量重复3 次取其平均值用于稳定性分析。

1.4 OriQA设备结果的分析方法

完成共计37 次日检数据的分析，使用Excel 2010进行数据统计，采用SPSS20.0 软件分别对放射源到位、驻留时间以及放射源活度的测量结果进行分析，用±s量化放射源到位和驻留时间的差异。放射源活度偏差记为DEVX,Y∈(AT, AL)（AT为后装机当前放射源活度，AL为实测放射源活度），放射源活度偏差计算方式如公式（1）所示。分析2022 年8—10 月获取的所有OriQA 设备检测数据结果。

2 结果

2.1 测量精度

更换新放射源后，需进行放射源活度校准，放射源标称活度为10.03 Ci，井型电离室测量结果为9.98 Ci，两者偏差为0.21%。OriQA 设备刻度后使用其对机器精度测量，前3 次放射源活度测量值与标称活度偏差均值为0.03%；对于4 个预设驻留位置和驻留时间，OriQA设备测量结果均值与标尺测量结果相比，到位偏差小于0.2 mm，与秒表计时结果相比，计时偏差小于0.3 s。

2.2 稳定性

2.2.1 放射源到位

由图4 可知放射源一个半衰期内每个驻留位置的测量偏差。标准计划中设有1150、1160、1170、1180 mm 4 个驻留位置，软件读取值与实际驻留位置偏差分别为（1149.9±0.3）、（1159.9±0.4）、（1170.0±0.4）、（1180.3±0.5）mm，从图4 可知，4 个驻留位置的偏差均小于1 mm，其中驻留位置1150 mm 偏差最小，且误差围绕0 值波动，而随着驻留位置前移，测量误差正向增加。

图4 驻留位置的监测值偏差

2.2.2 驻留时间

驻留时间测量结果如图5 所示，各个驻留位置的驻留时间具有较好的重复性，除第4 个驻留位置的标准差相对较大（0.04 s）外，其余驻留位置标准差均为0.03 s。对于所有驻留位置，驻留时间绝对误差为（0.06±0.05）s。其中1150 mm 驻留位置的驻留时间平均偏差最小，为0.012 s，其余位置误差均值为-0.08 s。

图5 不同驻留位置的驻留时间偏差

2.2.3 放射源活度

放射源活度测量结果如表1 所示，在1 个半衰期内的检测中，放射源活度平均偏差为2.18%。AT在8.0 Ci以上时，测量偏差≤0.9%，在AT低于5.6 Ci 时，测量偏差大于3.0%。将测量偏差进行线性拟合，由图6 可知，随着192Ir 源活度的衰变，测量偏差整体呈上升趋势，最大偏差为4.62%。

表1 放射源活度测量结果

图6 放射源活度偏差线性拟合

3 讨论

在传统的QA 程序中，这些指标采用不同的工具和方法进行单独测量，需要占用大量的精力和时间，人为操作容易导致测量误差较大[15-16]。本研究中采用新型OriQA 设备检测仪，具有精度高、操作简单、摆位方便等特点，一次测量即可完成后装治疗机的放射源到位精度、计时器精度以及相对源强度等重要质控项目的检测；软件可实时完成测量并显示结果，生成检测报告，便于质控自动化和电子化管理。

卢峰等[17]的研究中介绍了使用免洗胶片法检测放射源活性中心到位精度，采用EBT 型免洗胶片测量放射源到位精度为-0.75 mm，偏差在1 mm 以内，但此方法对摆位精度要求较高，胶片测量结果的量化存在困难，且免洗胶片不能反复使用，质控成本相对较高。于浪等[18]的研究中采用视频读取法确定后装放射源的驻留位置，可重复操作，极大地降低了质控成本，但此方法受观察者主观因素影响。此外，视频分析为放射源物理中心，可能与辐射中心存在差异。本研究中OriQA 设备为成品测量工具，其通过摄像机获取源周围荧光感光强度信号，为排除噪声影响，对获取信号数据进行中心拟合后并对每栅格数据进行加权，直接得出放射源辐射中心的到位偏差，精度达到亚毫米级，操作方便并可反复测量，极大地降低了质控成本。本研究结果显示，预设驻留位置1150 mm 处放射源到位偏差最小，建议建立QA 计划时以该位置作为驻留中心向两端驻留，以改善到位精度测量结果。

江芬芬等[19]利用MatriXX 对放射源驻留时间精度进行了测量，相对于治疗计划系统给定驻留时间，测量结果偏差均小于±1%。但采用此方法时，放射源驻留位置相对于电离室测量点的距离不完全相同，内差导致结果变差；另外MatriXX 测量电离室的物理间距约为7 mm，分辨率有限会影响测量结果。但该研究采用连接管直接接通即可测量，操作简单便捷，一次测量即可获取放射源的到位精度及计时器精度，极大地简化了后装机质控操作，具有一定的实践意义。本研究中，OriQA 设备内置高精度时钟用来测量驻留时间，测量结果表明，对于不同驻留位置以及随着放射源衰变后不同的驻留时间，均具有较好的重复性，OriQA 设备基于人工智能的自动化数据分析排除了主观因素的影响。其中，1150 mm 驻留位置计时平均误差最小，可能该驻留位置与镜头的相对位置有关。

罗斌等[20]利用井型电离室测量并验证后装放射源活度，在14 次测量中，新购192Ir 源活度的测量值与后装机当前放射源活度的相对误差均在±1%以内，其最大偏差为0.946%。井型电离室为放射源活度测量的“金标准”，广泛用于后装机放射源活度的校准，但通常仅用于换源或定期检测中，一般不用于日常检测。本研究中使用OriQA 设备检测得出1 个半衰期内放射源活度平均偏差为2.18%，表明OriQA 设备的活度测量结果可作为活度稳定性监测的有效方法。本研究结果表明，当后装机当前放射源活度在8.0 Ci 以上时，所测实际放射源活度均与后装机当前放射源活度相似，随着衰变的继续，测量偏差增大，甚至超过4%。此时，经过井型电离室测量确认，放射源的实际活度和后装机当前放射源活度偏差仍小于1%。产生此种现象的原因可能为放射源活度减小后，相同位置能够激发的荧光强度降低，这种源活度和荧光强度在大范围内的线性关系差。因此建议后装机当前放射源活度每降低2 Ci 时，应重新对OriQA设备进行校准；其次是不同驻留位置的感光强度不同，建议后续使用中应考虑更换驻留位置，避免因为驻留位置分布较局限导致测量偏差大。此外，无论源活度高低，OriQA 设备在同一时刻内重复检测放射源活度，结果重复性良好。

此外，OriQA 设备仅可以对后装治疗机到位精度、计时器准确度以及放射源活度予以监测，但不能根据测量结果对后装机进行校准，必须使用经过国家标准实验室标定过的电离室等工具，按照厂家规定的流程对后装治疗机进行校准。