基于NCC/T-RT 001-2019质控指南进行医用加速器质控的研究

顾香莲， 顾煜恺， 龚卿

上海中医药大学附属龙华医院 放疗科，上海 200032

引言

对医用直线加速器进行定期的质量控制测量，是保证其性能良好、安全治疗肿瘤病人的重要手段。国内目前的加速器拥有量已经超过2000多台，大部分是近十年引进的前沿高端机型， 也配套了各种不同的先进质控器械。国家癌症中心基于国标[1]和我国长期的放射治疗实践[2]于2019年发布了NCC/T‐RT 001‐2019《医用电子直线加速器质量控制指南》[3]（以下简称“指南”）。与国外的同类规程[4‐10]相比，本版指南的特点是在制定误差标准之外还对各种测试的试验方法作了详尽的规定，这些方法相对比较经典，兼顾了最简单的配置。但放射治疗的技术和设备在不同的单位具有不平衡性，指南规定的方法难免在各地实施过程中会有偏差并得到不同的结果。

根据指南对瓦里安Trilogy电子直线加速器的质控检测发现其中的5.1.2光距尺、5.11～12动态多叶准直器（Multi‐Leaf Collimator，MLC）叶片位置和5.13～15的机架、光栏和治疗床同心度的测试方法本身都有可能引进误差。如使用20 cm固体水体模会导致治疗床面弯曲；束流悬停记录会影响MLC日志文件的分析结果；使用胶片上狭长条带推测等中心会因为光栏页位置带来偏离。本研究因此对这三方面内容作了一些更深入的测试：在光距尺测试中引入千分计测量因体模引起的床面弯曲并使结果达到亚毫米精度；对MLC动态照射的日志文件Dynalogs进行叶片位置误差统计分析时将束流悬停记录剔除统计会得到更准确的结果，但仅对叶片位置进行误差分析并不包含剂量因素，因此无法等效所需的通量[11‐15]，结果也没有通量相关性统计学意义，而目前主流的电子射野影像系统（Electronic Portal Imaging Device，EPID）剂量图像能更精确、也更方便地给出MLC动态照射误差结果； EPID图像系统在很多场景都显示出比胶片更为优越的性能，因此在机架、光栏和治疗床等中心的试验中使用EPID取代胶片能得到性价比更好，更为准确的结果[16‐18]，而使用 Winston‐Lutz 方法[19‐20]，能更提高结果的分辨率和精度。

本研究使用的实验方法对这三项测试得到了一些与相关允许误差值分辨率相匹配的结果，也希望这些结果对同行有参考借鉴作用，在进行同类测试时改进试验方法，得到更精确的结果。

1 材料与方法

1.1 光距尺指示准确度测试中的床面负重影响

指南5.1.2中规定的试验方法是在机架0°，30 cm×30 cm的射野下观察源皮距为100 cm时光距尺与前指针的读数差异，然后在床面上放置20 cm厚的体模，观察光距尺读数与实际值的偏差；并在20 cm厚体模距为100 cm时比较移去体模前后的光距尺读数与实际值的偏差。性能要求误差≤2 mm，频度为日检。

放疗常用的固体水体模的大小为30 cm×30 cm，20 cm厚的体模总重量约为18 kg。床面负重后弯曲会影响到上述测量结果，指南没有考虑这个影响引进的误差。常用的床面弯曲测量方法为激光在直尺或卷尺上的投影，这种测量在毫米量级全靠估计，分辨率与允许误差基本上重合。我们在床面于等中心略偏下的位置比较用钢尺和千分计测量20 cm体模负重对床面的位置影响。采用钢条尺测量时，我们将其固定于一立方小体模上，床高变化用计算激光线在钢条尺上的投影位置差得到（图1a）；采用千分尺测量时，将千分尺固定于加速器床面上，调整千分尺探针使之与垂直激光线重合并顶住固定于机头上的照射孔，然后记录移去体模前后探针的读数变化（图1b）。

图1 治疗床面弯曲测量装置

1.2 MLC叶片到位准确度

指南的5.11和5.12涉及MLC叶片在Step & Shoot和Sliding Windows（SS和SW，下同）调强治疗时的叶片位置误差统计要求。叶片的动态的性能检测采用MLC系统的日志文件，要求叶片位置的均方根误差不超过1.5 mm，95%的误差计数不超过1.5 mm。

对SS和SW照射过程中MLC系统生成的Dynalogys日志文件使用瓦里安的Dynalogs Viewer（以下简称DV）和Argus两款软件进行叶片位置误差均方根分析。Dynalogys文件中有25000条记录机器量百分比、出束状态和120个MLC叶片预期位置和实际位置的信息。在DV分析中用户没有任何参数可调，但Argus软件可以区别SS照射中叶片在子野间的运动（Transition points）和SW中出束与悬停（如超过15 cm野宽时MLC叶片基座需要暂停束流运动到下一个位置间的状态 ‐ Regardless of beam state / while beam on only）。除了对Dynalogys文件采用不同的软件分析之外，我们还在记录Dynalogs日志文件的同时对调强射野进行了EPID剂量学图像采集，并与预测图像进行g分析。

1.3 机架、光栏和治疗床的同心度

指南的5.13、5.14和5.16是机架、光栏和治疗床的同心度测试，规定的测量方法是使用不同的角度下的狭长野照射等中心位置上的胶片，然后分析胶片上各射野黑度中心的交点分布范围。

本院没有胶片黑度分析系统，所以采用EPID平板进行Winston‐Lutz方法检测（图2）。测试在加速器主光栏形成的3 cm×3 cm的方野和由f 10 mm SRS照射孔形成的圆野下进行。采集图像时，先安装SRS照射孔，再在灯光野下旋转机架和光栏细调小球的位置使小球周围的光环对称，然后用EPID在13个预设的机架、光栏和治疗床角度组合位置采集图像。图像采集完毕后维持小球的位置不动，取下照射孔再用3 cm×3 cm的方野作同样的图像采集。所有的图像导入Mobius DoseLab中的Winston‐Lutz模块自动寻找射野中心和小球中心后作同心度分析。

图2 Winston‐Lutz测试装置

2 结果

2.1 床面负重影响

用钢条尺测得的治疗床前端在等中心附近有/无20 cm体模负重情况下的床面高度变化在1.0～1.5 mm之间；用千分尺在同样条件下测得的床面高度变化为（1.42±0.03） mm。

2.2 MLC日志文件分析结果

调强照射野的MLC Dynalogs日志文件分析结果如表1所示。结果显示，对所有的SS射野，剔除Beam‐hold状态的Argus叶片均方根误差均为0.01 mm，说明这是一个叶片到位精度非常好的投照。但如果按DV将所有数据列入统计，叶片的均方根误差为1.095±0.695 mm，上限超过了指南误差标准。将DV和Argus统计得到的叶片位置均方根偏差与EPID剂量影像的不通过率[1‐g (3%，2 mm) ]一起输入SPSS 24.0作Spearman秩相关分析后的结果如表2所示，由于它们的P值都远大于0.05，说明叶片位置均方差与通过率之间没有相关性。

表1 MLC Dynalogys分析结果

表2 叶片均方根偏离与通量评估相关性分析

2.3 光栏射野与SRS照射孔射野对Winston-Lutz结果影响

图3是Mobius DoseLab的Winston‐Lutz模块在机架、光栏和治疗床均为0°影像的分析结果，图3a是3 cm×3 cm方野的影像，图3b是f10 mm SRS 照射孔的图像。在有/无SRS照射孔的情况下采集的13个角度组合图像分析结果如表3所示。表4是将这些图像结果按机架、光栏、治疗床和三者组成的系统总体结果。

表3 Winston‐Lutz测试图像分析结果

表4 机架、光栏、治疗床与系统的总偏离

图3 机架270°、光栏0°和治疗床0°时的Winston‐Lutz图像及分析结果

3 讨论

实施SRS/SBRT等精确治疗的加速器，使用本身线宽为1 mm左右的激光投影直尺或坐标纸作测量，其分辨率和1 mm的允许误差标准是不匹配的。在加速器质控测量中引入精度更高的千分尺能将测量分辨率提升两个数量级，并使结果更可靠，读数更方便。

钢条尺确认了引入20 cm体模使床面弯曲，千分尺将弯曲幅度定量到1.42 mm，占该项质控测量允许误差的70%左右。指南本意是光距尺需确保等中心±20 cm范围内的准确性，并且消除治疗床上下运动20 cm带来的误差。但体模本身带来床面负重弯曲的新误差，且幅度可达允许值的70%，因此对“20 cm体模”的重量界定会在很大程度上影响光距尺准确性的结果。另外，在两个床面高度位置上搬动体模，在晨检中也比较耗时。

质控检测项目的频度，应该按照该项目在日程治疗中使用的概率和其失效带来的风险程度来评估[15‐16]。适形、调强和容积旋转调强及图像引导在目前放射治疗中的使用越来越广泛，病人的位置的误差主要取决于机房激光系统和由影像系统及后处理软件的精度。有些加速器，如瓦里安新一代的Halcyon[21]，完全采用激光摆位和图像验证而不再配置光距尺。光距尺目前主要用于电子线照射，治疗距离一般在97～105 cm之间（过短会发生限光筒碰撞病人，过长则引起电子线剂量计算算法失效），这个距离区间完全落在前指针标杆的范围内。因此对光距尺的日检，每天评估一下等中心点附近的误差即可。对用于IMRT/VMAT的加速器，应该更加关注与激光灯系统和图像引导系统的精度和分辨率，而对需要用于SRS/SBRT的加速器，除了激光系统，特别是图像引导系统需要有更高的精度之外，在检测频度上也许还应该加上每次SRS/SBRT治疗实施前。

从调强治疗的MLC Dynalogys文件分析结果中可以发现，使用剔除SS束流悬停数据的Argus软件得到的结果总是好于包含全部数据的DV结果。这是因为在Dynalogys中所有的叶片位置“预期值”都代表了一个动态投照的控制点或者是控制点间的内插。而Dynalogys中的“实际值”则可能是在SS中两个子野切换过程中的叶片位置，或者是SW照射时需要叶片基座运动时束流处于悬停时叶片的过渡状态位置，它们的共同特点是“实际值”不在“预期”位置上，但这些时刻没有束流，实际上也没有剂量影响，相应的射野剂量图像的g通过率很高，说明虽然有些叶片位置误差比较大，但由于没有束流，这些位置误差并不产生实质性的剂量误差。此外，尽管这些统计结果均在误差允许标准之内，但是其中有一个野（Step & Shoot LF_2）的g通过率还是低于95%的标准，相关性分析也说明叶片位置均方差与通量通过率的关系并不简单相关。

一般厂商提供的叶片分析内含软件，如瓦里安的DV，主要是用于MLC性能分析。但不同的软件，不同的设置，得到的结果也不同。AAPM TG‐142[4]报告中这个误差的上限是0.35 cm，指南改到了0.15 cm，可能带来更多的MLC被显示“超标”，但实际上这些超标很可能没有剂量学的影响。

所以对MLC动态性能的测试更为可靠的方法应该是剂量图像测试，如Picket Fence通量是反映剂量和位置关系较好的测试模式，采用比一般病人计划验证更为严格的参数值[如g(2%,1 mm)]能更准确地评估MLC动态照射时的剂量、位置准确性[7,13,19,22]。

容积旋转调强现在得到越来越广泛的应用，因此MLC质控还需要增加MLC在不同的机架角、角速度和剂量率组合下的性能。厂商提供的VMAT质控计划及评价指标，或者用户自定的基准计划也应该作为加速器定期质控的内容。

Winston‐Lutz 试验过去多用于SRS/SBRT场合，在加速器质控年检中使用鲜有报道，但是对需要进行SRS/SBRT照射的加速器，胶片条带方法显得难以保证与1 mm允许误差匹配的测量分辨率，使用Winston‐Lutz测试，可以将使这个结果精度提升到亚毫米量级。

从使用3 cm×3 cm的射野和f 10 mm的SRS照射孔成像并进行Winston‐Lutz分析的结果中看到，尽管小钢球位于空间同一位置，但是从使用主光栏方野和从SRS照射孔圆野中得到的机架、光栏和治疗床的同心度结果却相差了1倍多。按Winston‐Lutz原理[13,23‐24]，分析结果中的“偏离”指的是射野中心与钢球中心的差距。射野中心的是根据影像上射野灰度边缘推断的，钢球中心则是图像中圆形低灰度区域的中心。在13个机架、光栏和治疗床角度组合的3 cm×3 cm的方野中，射野影像并不总是呈正方形，这可能是主光栏的位置随机架旋转时因重力影像位置发生偏离，或者光栏页位置定标在小野时有些偏离所致，并被程序模块解读为“射线轴”的偏离。光栏页位置因重力引起的偏离，实际上会在使用对胶片时影响对黑度中心的判定，在射野中心推断上引入误差。而使用SRS照射孔，由于照射孔与机头紧密固定，不存在类似光栏页位置的误差问题。

解读Winston‐Lutz结果需要重新认识“等中心”的意义，但包括AAPM TG‐142等报告在内的很多文献在涉及加速器的等中心的描述时都有些语焉不详[23]。反过来，等中心的寻找并确立一个日常描述体系是加速器数据采集和调试的前提[5]。过去，等中心被认为是加速器机架转轴和光栏转轴的交点，而且这两根转轴的相互垂直是不言而喻的。但如果从1.0 mm精度的SRS/SBRT尺度上看，它们是否一定相交并相互垂直是有待验证的[20,23]。 此外，为了达到1.0 mm的精度，测量上应该如何来适配并且确保亚毫米的分辨率和置信度？按指南推荐使用胶片条带的方法，在照射胶片之前似乎还需要解决如何准确将胶片置于这个“等中心点”参考系和如何关联这三张胶片上的等中心问题。显然，稍有不慎，结果就会突破1.0 mm的误差范围。

4 结论

本文对NCC/T‐RT001‐2019指南中光距尺、动态MLC叶片位置误差和机架光栏治疗床同心度的试验方法进行了实验和分析，结果表明体模在光距尺的检测中带来额外的床面弯曲误差；从MLC的日志文件中统计的叶片位置均方根偏离与通量通过率无统计学意义上的相关性；胶片法测量机架、光栏和治疗床等中心也会因光栏位置偏离影响结果。进一步，参照国外同类指南从质量控制到质量保证再到质量管理的演变，本文建议指南的再版也许应该更加着重于提供原则指导和误差标准规定，而把为达到质量要求的具体测量细节交给各单位质量管理小组根据本地条件因地制宜决定。