复旦大学附属肿瘤医院放疗科，复旦大学上海医学院肿瘤学系，上海 200032

放疗已经进入高精准放疗时代，治疗技术的日益复杂易引发治疗差错事故［1］，新技术的应用往往还会带来新的错误类型发生［2］，发生任何一种错误都会导致患者实际受照剂量与计划剂量不同，调强放疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）剂量失误可导致患者正常功能减退、丧失甚至致命的后果。治疗部位错误和摆位误差是现阶段较为常见的两种错误类型［3］。治疗部位错误是由治疗计划系统生成数字重建透视图时错误选择等中心点进行患者移床［4］，CT模拟定位坐标系统错误［5］，技术员错误对应患者体表标记摆位（二个部位以上易出现）等原因引起的。摆位误差主要与患者不自主运动（呼吸、吞咽等）、肿瘤形状大小改变、体型变化（消瘦等）和技术员操作水平等有关。

如何降低放疗过程中各种因素造成的错误，保证患者放疗质量，成为当前研究的热点。因此，已有研究提出使用如半导体探测器、热释光剂量仪等患者在体剂量验证方法［6-11］，其中基于电子射野影像装置（electronic portal imaging device，EPID）的方法具有不增加患者治疗时间和额外剂量，以及大多数加速器都已配备等优势［12-15］。本研究旨在实现一种简单快速的基于EPID在体剂量验证方法，并设计模体实验来评估该方法识别放疗差错的敏感性，探讨其快速发现IMRT临床治疗中可能出现的较大错误的可行性。

1 材料和方法

1.1 获取影像设备

瓦里安加速器自带的非晶硅EPID（Varian Portal Vision，aS1000）系统由图像探测单元、图像获取单元及专用工作站组成，其中图像探测单元的有效探测像素点为1 024×768，探测点间距为0.39 mm，有效探测面积为40 cm×30 cm。EPID放置在源到探测器的距离（source to image distance，SID）为140～150 cm的位置获取射线穿透患者或模体后的二维剂量影像。

1.2 EPID影像剂量校准和刻度

EPID实时采集的治疗位患者或模体透射影像经过合适的刻度可转换为剂量通量图，从而反映治疗计划投照患者或模体时的透射剂量分布。首先对EPID的剂量学采用本底矫正和泛野矫正，并对其剂量线性、剂量稳定性进行验证［16-17］，最后建立EPID影像-剂量刻度模型。

1.3 放疗差错识别

临床治疗使用的光子线能量为6 MV，影像采集是使用Eclipse中的Portal dosimetry（V10.0）模式，把首次射野出射EPID影像作为剩余分次治疗的基准值，后续分次疗程实时治疗野结束后与对应基准影像进行γ分析比较，以验证治疗计划是否准确执行于患者或模体上。本文使用MATLAB编程实现2D γ分析法应用软件对Eclipse导出的出射EPID影像数据进行γ通过率计算。

1.3.1 治疗部位错误

患者胸腹部位放疗易出现标记点移床错误，选取肺癌和直肠癌IMRT治疗计划、胸部仿真人模体和腹部仿真人模体来实验这种错误情况。在肺癌IMRT计划投照胸部模体分次治疗中的某次另加1次错误投照腹部模体，在直肠癌IMRT计划投照腹部模体分次治疗中的某次另加1次错误投照胸部模体，分别计算部位正确治疗及部位错误治疗情况下的γ通过率。

1.3.2 摆位误差分析

摆位误差的存在使患者的各器官实际投照剂量与计划设计剂量存在差异，特别是头颈部肿瘤IMRT放疗对摆位误差尤其敏感，选取头颈部仿真人模体来分析摆位误差情况。对模体按激光线标记摆位后，分别在Lateral（左右）、Vertical（背腹）、Longitudinal（头脚）方向上依次手动移床±3 mm、±5 mm、±8 mm、±10 mm，获得等中心点治疗和三维6个方向上引入摆位误差后治疗的出射EPID影像，计算所有摆位误差条件下的γ通过率。

1.4 患者临床应用

所有参与此项研究的患者首次治疗前摆位须由医师和物理师在场确认治疗体位和模拟定位时一致，行锥形束计算机断层成像（cone beam computed tomography，CBCT）扫描与计划CT图像配准来检查患者的解剖结构在计划设计期间是否发生变化，并观察CBCT图像上大体肿瘤区、临床靶区和计划靶区对肿瘤轮廓的包绕，确认完成后治疗患者获取出射EPID影像。患者在体剂量验证临床实现流程见图1。

2 结果

2.1 在体剂量验证识别放疗错误分析

2.1.1 治疗部位错误情况

肺癌IMRT计划正确治疗情况γ通过率均值为99.8%，部位错误治疗情况γ通过率均值为36.9%，直肠癌IMRT计划正确治疗情况γ通过率均值为99.9%，部位错误治疗情况γ通过率均值为40.7%，设置合理阈值可有效区分出治疗部位错误情况。表1所示为直肠癌IMRT计划投照腹部模体第3分次治疗（参考基准为腹部首次治疗出射EPID影像）另加1次错误治疗胸部模体，得到的部位正确治疗和部位错误治疗的γ分析结果。

2.1.2 摆位误差分析

鼻咽癌IMRT计划对头颈部仿真人模体在等中心点处治疗获得的出射EPID影像分别与三维6个方向上引入摆位误差后治疗获得的影像进行γ分析比较，图2为在其中Vertical摆位误差方向上不同射野角度γ通过率的变化趋势，结果显示，能够检测出来非平行射野角度方向的摆位误差，但对平行于射野角度方向的摆位差异并不敏感。表2所示为射野90度时引入摆位误差的γ分析结果值。

表1 部位错误治疗的γ分析结果Tab.1 Results of γ-comparison for incorrect site

2.2 患者临床应用

初步应用的30例鼻咽癌患者剂量验证的射野平均γ通过率为98.2% (3%/3 mm)，构造盒须图以提供治疗分次射野γ通过率的位置和分散的参考，直观分次治疗间患者摆位重复性。随着疗程的进行，患者1的治疗总体不确定性有增大趋势（图3A）。患者2放疗第16次出现射野γ通过率偏低情况，在第17次治疗前物理师检查整个剂量验证流程，验证摆位射野源皮距，行CBCT扫描并由医师确认肿瘤轮廓（内边界）与计划CT病灶轮廓吻合，最终治疗野γ通过率较好（图3B）。图3C为患者2疗程第16和17分次的部分角度射野出射剂量影像与基准影像的剂量差异值图对比。

图2 Vertical摆位误差方向上不同射野角度γ通过率的变化Fig.2 Variations in beam angle γ pass rate with vertical direction shifts

表2 摆位误差的γ分析结果Tab.2 Results of γ-comparison for setup error

图3 患者1射野γ通过率盒须图（A）、患者2射野γ通过率盒须图（B）及第16、17分次治疗的射野γ值图对比（C）Fig.3 Box plot of the distributions of γ values (A),box plot of the distributions of γ values (B),and the comparison of γ maps between fraction 16 and 17 (C)

3 讨 论

本文实现的基于EPID二维出射剂量验证的患者在体实时质控方法可以有效地检测出较大计划投照剂量误差，将分次治疗射野出射剂量与首次基准剂量进行比较分析，直接反映实际照射到患者身上剂量的准确性，并设置可以接受的误差阈值，进而发现有可能出现的高剂量误差，避免发生可能的严重放疗事故。

EPID在使用之前需进行刻度，确保其像素具有相似的剂量响应。通过仿真人模体实验表明本方法可有效检测出治疗部位错误情况，且能够检测到非平行于射野方向上的较大摆位误差，但对平行于射野方向的摆位误差不敏感，可通过分析射野角度及γ值来判断摆位误差最有可能是来自哪个方向。治疗计划是在放疗前采集的静态CT图像上设计的，在整个放疗过程中，尽管采用了热塑膜等固定患者，但是患者体态外形、肿瘤大小等的变化使得IMRT照射剂量的准确性受到限制。特别是鼻咽癌患者在脊髓、脑干等周围的剂量梯度陡峭区域，受摆位误差的影响较大，即使是很小的摆位误差也可能造成靶区剂量的不足和危及器官受照过量，从而导致肿瘤局部复发、放疗并发症增加。30例鼻咽癌患者临床应用结果显示本方法发现的患者受照剂量误差，分析患者2第16分次治疗出现的结果原因可能有：患者体质量减轻，与面罩贴合性变差，技术员摆位不准确；治疗中患者因严重口腔黏膜炎吞咽咳嗽引起面罩松动，加之颈部出现放射性皮炎与面罩接触引起疼痛，而发生颈部较大移动。下一步将在现有的基础上进行更多病例临床应用的相关研究。本方法利用放疗过程中采集到的出射EPID剂量影像信息来指导当次和剩余分次治疗，能够直接为医师自适应放疗决策提供参考，减少了患者整个疗程中的CBCT位置验证扫描次数，以及不必要的重复定位CT扫描，从而降低患者的额外照射剂量。

综上所述，本研究方法可对IMRT治疗患者进行实时剂量评估，能够在单个治疗野结束后快速检测出较大治疗错误。