OriQA設備在后裝治療機質量保證中的應用分析

羅春麗，張杰，楊志偉，孫玉亮，孫顯松，于浪

中國醫學科學院北京協和醫學院，北京協和醫院 放射治療科，北京 100730

引言

高劑量率（High Dose Rate，HDR）近距離放射治療是腫瘤放射治療中的一種重要方式，通過后裝機驅動HDR 放射源沿著連接通道到達預設位置實施照射，因放射源獨特的劑量學特性，給予腫瘤高劑量的同時周圍正常組織受量較低，所以在以宮頸癌為主的腫瘤放射治療中發揮著不可替代的作用[1-2]。對于HDR 近距離治療而言，放射源活度偏差、到位偏差及計時偏差是設備相關劑量誤差的主要來源，可能導致患者受照劑量與計劃劑量不一致，由劑量偏差導致的后果難以評估和彌補[3-5]，如會直接增加腫瘤原發病灶劑量的缺失和周圍正常組織劑量加重的可能性[6-7]。因此，日常質量保證（Quality Assurance，QA）工作對于確保HDR 近距離治療的安全至關重要[8-10]。

研究表明，放射源近源處劑量極高，隨著距離的增加周圍劑量迅速跌落，遵循平方反比定律，同時，以銥-192 放射源為例，其半衰期為73.83 d，初始活度隨著時間的增加逐漸降低，后裝機更換放射源后根據半衰期實時修正放射源活度（后裝機當前放射源活度）。近距離后裝放射治療的劑量實施是通過特定活度的放射源在特定駐留位置，駐留一定時間進行劑量累加來獲得最優化等劑量分布[11-12]。因此，放射源活度、到位精度、計時器精度是設備質控中的重點檢測項目，是保證后裝治療精準實施的重要環節[13]。基于此，本研究旨在對OriQA 設備用于后裝機關鍵指標檢測結果的精度及穩定性進行分析，以期為設備在后裝機質控中的應用提供參考。

1 資料與方法

1.1 設備介紹

最新的后裝機質控設備OriQA（Medical Systems Inc.，美國）原理是利用輻射致發光螢光材料，其感光強度和放射源活度呈正相關，聯合高清COMS 感光相機，利用計算機視覺技術實時捕獲感光區域，并采用人工智能算法對放射源的活度、到位和駐留時間實現自動化定量分析[14]。后裝機（Flexitron，Elekta，瑞典）及銥-192 HDR 放射源（HDR-192Ir，活性區域長3.5 mm，直徑0.6 mm）；井型電離室（HDR1000 Plus，標準成像，美國）、靜電計（CDX2000b，標準成像，美國）及標尺。

1.2 QA計劃的建立及OriQA設備刻度

首先使用井型電離室及靜電計、到位測量標尺等對后裝機放射源活度、到位和計時器精度進行測量，然后按照手冊完成對OriQA 設備的刻度，并將首次測量結果與之前的標準測量結果進行比較，具體操作步驟如下。① 在井型電離室、靜電計（圖1）及標尺（圖2）等標準檢測工具和方法下完成后裝治療機的檢測，獲取放射源活度、計時器及放射源到位的偏差結果。② 在治療機房內，將OriQA 設備平放在操作臺上，使用插植針導源管與后裝機1 通道進行連接（圖3），通過網線將OriQA設備與控制室測量電腦進行連接。③ 在后裝機QA 模式下，編制標準計劃[晨檢（Morning Check）：測量范圍1150～1180 mm，共設4 個間隔為10 mm 的駐留位置，每個駐留位置的駐留時間均為2 s]；在OriQA 設備軟件端，建立與Morning Check 相同參數的測量條件后，進入活度校準菜單，輸入放射源序列號、校準日期、類型、校準日相對源強度以及放射源最大出源長度等信息。④ 待所有準備工作就緒后開始測量，后裝機運行Morning Check 計劃，執行完成后軟件根據測量結果建立放射活度基準值，并給出4 個駐留位置放射源的到位和駐留時間偏差。

圖1 井型電離室（a）和靜電計（b）

圖3 測量圖示

1.3 OriQA設備的檢測流程

準備工作完成后就可以使用OriQA 設備對后裝機進行檢測。每天開機后按要求連接OriQA 設備和后裝治療機完成準備工作，調取Morning Check 計劃，治療系統根據衰變后的活度重新計算駐留時間。確定OriQA 設備測量參數中駐留時間按治療機端更正后再進行測量。完成照射后軟件顯示測量結果并給出偏差，每天測量重復3 次取其平均值用于穩定性分析。

1.4 OriQA設備結果的分析方法

完成共計37 次日檢數據的分析，使用Excel 2010進行數據統計，采用SPSS20.0 軟件分別對放射源到位、駐留時間以及放射源活度的測量結果進行分析，用±s量化放射源到位和駐留時間的差異。放射源活度偏差記為DEVX,Y∈(AT, AL)（AT為后裝機當前放射源活度，AL為實測放射源活度），放射源活度偏差計算方式如公式（1）所示。分析2022 年8—10 月獲取的所有OriQA 設備檢測數據結果。

2 結果

2.1 測量精度

更換新放射源后，需進行放射源活度校準，放射源標稱活度為10.03 Ci，井型電離室測量結果為9.98 Ci，兩者偏差為0.21%。OriQA 設備刻度后使用其對機器精度測量，前3 次放射源活度測量值與標稱活度偏差均值為0.03%；對于4 個預設駐留位置和駐留時間，OriQA設備測量結果均值與標尺測量結果相比，到位偏差小于0.2 mm，與秒表計時結果相比，計時偏差小于0.3 s。

2.2 穩定性

2.2.1 放射源到位

由圖4 可知放射源一個半衰期內每個駐留位置的測量偏差。標準計劃中設有1150、1160、1170、1180 mm 4 個駐留位置，軟件讀取值與實際駐留位置偏差分別為（1149.9±0.3）、（1159.9±0.4）、（1170.0±0.4）、（1180.3±0.5）mm，從圖4 可知，4 個駐留位置的偏差均小于1 mm，其中駐留位置1150 mm 偏差最小，且誤差圍繞0 值波動，而隨著駐留位置前移，測量誤差正向增加。

圖4 駐留位置的監測值偏差

2.2.2 駐留時間

駐留時間測量結果如圖5 所示，各個駐留位置的駐留時間具有較好的重復性，除第4 個駐留位置的標準差相對較大（0.04 s）外，其余駐留位置標準差均為0.03 s。對于所有駐留位置，駐留時間絕對誤差為（0.06±0.05）s。其中1150 mm 駐留位置的駐留時間平均偏差最小，為0.012 s，其余位置誤差均值為-0.08 s。

圖5 不同駐留位置的駐留時間偏差

2.2.3 放射源活度

放射源活度測量結果如表1 所示，在1 個半衰期內的檢測中，放射源活度平均偏差為2.18%。AT在8.0 Ci以上時，測量偏差≤0.9%，在AT低于5.6 Ci 時，測量偏差大于3.0%。將測量偏差進行線性擬合，由圖6 可知，隨著192Ir 源活度的衰變，測量偏差整體呈上升趨勢，最大偏差為4.62%。

表1 放射源活度測量結果

圖6 放射源活度偏差線性擬合

3 討論

在傳統的QA 程序中，這些指標采用不同的工具和方法進行單獨測量，需要占用大量的精力和時間，人為操作容易導致測量誤差較大[15-16]。本研究中采用新型OriQA 設備檢測儀，具有精度高、操作簡單、擺位方便等特點，一次測量即可完成后裝治療機的放射源到位精度、計時器精度以及相對源強度等重要質控項目的檢測；軟件可實時完成測量并顯示結果，生成檢測報告，便于質控自動化和電子化管理。

盧峰等[17]的研究中介紹了使用免洗膠片法檢測放射源活性中心到位精度，采用EBT 型免洗膠片測量放射源到位精度為-0.75 mm，偏差在1 mm 以內，但此方法對擺位精度要求較高，膠片測量結果的量化存在困難，且免洗膠片不能反復使用，質控成本相對較高。于浪等[18]的研究中采用視頻讀取法確定后裝放射源的駐留位置，可重復操作，極大地降低了質控成本，但此方法受觀察者主觀因素影響。此外，視頻分析為放射源物理中心，可能與輻射中心存在差異。本研究中OriQA 設備為成品測量工具，其通過攝像機獲取源周圍熒光感光強度信號，為排除噪聲影響，對獲取信號數據進行中心擬合后并對每柵格數據進行加權，直接得出放射源輻射中心的到位偏差，精度達到亞毫米級，操作方便并可反復測量，極大地降低了質控成本。本研究結果顯示，預設駐留位置1150 mm 處放射源到位偏差最小，建議建立QA 計劃時以該位置作為駐留中心向兩端駐留，以改善到位精度測量結果。

江芬芬等[19]利用MatriXX 對放射源駐留時間精度進行了測量，相對于治療計劃系統給定駐留時間，測量結果偏差均小于±1%。但采用此方法時，放射源駐留位置相對于電離室測量點的距離不完全相同，內差導致結果變差；另外MatriXX 測量電離室的物理間距約為7 mm，分辨率有限會影響測量結果。但該研究采用連接管直接接通即可測量，操作簡單便捷，一次測量即可獲取放射源的到位精度及計時器精度，極大地簡化了后裝機質控操作，具有一定的實踐意義。本研究中，OriQA 設備內置高精度時鐘用來測量駐留時間，測量結果表明，對于不同駐留位置以及隨著放射源衰變后不同的駐留時間，均具有較好的重復性，OriQA 設備基于人工智能的自動化數據分析排除了主觀因素的影響。其中，1150 mm 駐留位置計時平均誤差最小，可能該駐留位置與鏡頭的相對位置有關。

羅斌等[20]利用井型電離室測量并驗證后裝放射源活度，在14 次測量中，新購192Ir 源活度的測量值與后裝機當前放射源活度的相對誤差均在±1%以內，其最大偏差為0.946%。井型電離室為放射源活度測量的“金標準”，廣泛用于后裝機放射源活度的校準，但通常僅用于換源或定期檢測中，一般不用于日常檢測。本研究中使用OriQA 設備檢測得出1 個半衰期內放射源活度平均偏差為2.18%，表明OriQA 設備的活度測量結果可作為活度穩定性監測的有效方法。本研究結果表明，當后裝機當前放射源活度在8.0 Ci 以上時，所測實際放射源活度均與后裝機當前放射源活度相似，隨著衰變的繼續，測量偏差增大，甚至超過4%。此時，經過井型電離室測量確認，放射源的實際活度和后裝機當前放射源活度偏差仍小于1%。產生此種現象的原因可能為放射源活度減小后，相同位置能夠激發的熒光強度降低，這種源活度和熒光強度在大范圍內的線性關系差。因此建議后裝機當前放射源活度每降低2 Ci 時，應重新對OriQA設備進行校準；其次是不同駐留位置的感光強度不同，建議后續使用中應考慮更換駐留位置，避免因為駐留位置分布較局限導致測量偏差大。此外，無論源活度高低，OriQA 設備在同一時刻內重復檢測放射源活度，結果重復性良好。

此外，OriQA 設備僅可以對后裝治療機到位精度、計時器準確度以及放射源活度予以監測，但不能根據測量結果對后裝機進行校準，必須使用經過國家標準實驗室標定過的電離室等工具，按照廠家規定的流程對后裝治療機進行校準。

4 結論

綜上所述，OriQA 設備可作為高質量完成后裝機放射源到位、駐留時間精度及放射源活度的檢測手段，實驗檢測的后裝精度符合臨床使用要求，可廣泛應用于各個后裝機的質控中。當測量的源活度偏差增加超過3%時應及時復核放射源活度并重新校準OriQA 設備。