基于Synergy加速器的*放射治疗智能移床系统精度验证与测试

戴相昆 解传滨 陈高翔 曲宝林*

有研究报道，肿瘤患者在整个治疗过程中需要采用放射治疗的比例高达70%，而放射治疗对肿瘤治愈的贡献与手术相当，是肿瘤治疗的主要手段之一。

近年来，精确放射治疗技术已得到广泛应用[1-3]。精确放射治疗对整个放射治疗系统的精度要求极高，而治疗床的移动精度也是不可忽视的关键因素之一[4-5]。雷泰公司近年来推出了智能移床(intelligent couch kick，ICK)系统，其通过采集治疗床的电压信号，输出控制电压给输出电路，达到控制治疗床精确移动的目的，能够在治疗室做到一键移床，解决了患者复位、影像引导放射治疗(image guided radio therapy，IGRT)过程以及多中心治疗计划等需要多次进入治疗机房手动移床的问题，提高了工作效率[6]。为此，本研究拟对ICK系统控制Elekta Synergy加速器治疗床的移床精度进行测试，为其在临床治疗中的应用提供支持。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

(1)直线加速器。Synergy医用直线加速器(瑞典ELEKTA公司)，带有IGRT系统。

(2)ICK系统。ICK(苏州雷泰公司)，通过采集治疗床的电压信号，输出控制电压给输出电路，达到控制治疗床的目的，能够实现治疗室一键移床功能。该系统可与常规医用直线加速器，图像验证IVS系统(雷泰公司)配套使用。

1.2 系统标定方法

ICK系统是通过确定电压和位置的对应关系，控制电压的变化来实现放射治疗床的移动控制。其标定方法为：测量当前状态下的电压值，并通过硬件自动识别显示在软件上，然后对应填入治疗床实际位置的物理坐标，根据电压与治疗床物理坐标关系作出标定曲线。

1.3 精度测试方法

验证ICK系统控制Synergy加速器的治疗床的移动精度，在床面上固定一个钨球，记此时位置为P1，采用电子射野影像装置(electronic portal imaging device，EPID)拍摄影像。通过ICK对Synergy加速器的治疗床发送位移为Offset指令，待治疗床运动到位之后，再使用EPID拍摄影像，记为P2。通过EPID的两次图像可得出ICK系统控制治疗床移动的实际偏移量。

(1)治疗床移动的实际偏移量(Op)的计算为公式1：

式中OP为治疗床移动的实际偏移量；P2为治疗床移动后的坐标位置值；P1为治疗床初始坐标位置值。

(2)ICK系统控制治疗床移动的偏移误差(EP)的计算为公式2：

式中EP为治疗床移动的偏移误差；abs为求整数的绝对值函数；Offset为设定治疗床移动值。

(3)验证ICK系统的显示精度，在移动治疗床前记录ICK软件上显示的坐标位置S1，通过ICK系统对床发送位移为Offset的命令，待床运动到位之后，再记录ICK系统上显示的坐标位置S2。ICK系统的软件显示偏移量(OS)的计算为公式3：

式中OS为软件显示偏移量；S2为移床后ICK系统软件显示的治疗床坐标位置；S1为ICK系统软件显示的治疗床初始坐标位置。

(4)ICK系统的软件显示偏移误差(ES)的计算为公式4：

式中Es为ICK系统软件显示偏移误差；Os为软件显示偏移量；Op为治疗床移动的实际偏移量。

(5)作为对比，还需要记录加速器自身的显示精度，在移动治疗床后记录直线加速器上数显坐标D1，通过ICK系统对床发送位移为Offset的命令，待床运动到位之后，再记录直线加速器上数显坐标D2。直线加速器自身数显偏移(OD)的计算为公式5：

式中OD为治疗床在直线加速器系统中的数显偏移；D2为移动治疗床后直线加速器上数显坐标；D1为治疗床在直线加速器上数显初始坐标。

(6)加速器数显偏移误差(ED)的计算为公式6：

式中ED为治疗床在直线加速器系统中的数显偏移误差；OD为治疗床在直线加速器系统中的数显偏移；abs为求整数的绝对值函数；OP为治疗床移动的实际偏移量。

1.4 数据采集

ICK系统支持治疗床左右、前后及垂直3个轴的水平运动以及床的公转等中心。本研究于左右、前后及垂直3个轴方向均进行测试，每个轴测量正负2个方向，共6个方向，分别用左右(LAT+/LAT-)、前后(LNG+/LNG-)以及垂直(VRT+/VRT-)来表示。每个方向偏移量分别设置为2 mm、3 mm、5 mm、8 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm 30 mm、35 mm、40 mm、45 mm及50 mm，共13个偏移量，按照测试方法每个偏移记录3遍，观察其重复性。为减少实验的系统误差，上述实验中的3种误差均在同一次实验中进行记录。

2 结果

2.1 ICK系统标定曲线

分别测量LAT、LNG和VRT的3个方向的治疗床电压值，对应治疗床位置的物理坐标，根据电压与治疗床物理坐标关系作出标定曲线，如图1所示。

2.2 ICK系统精度测试

通过对采集的数据进行分析，计算对应的平均误差和标准差，可以看出在实验进行的6个方向上，通过ICK系统进行移床，物理到位精度平均误差≤1 mm；通过ICK系统进行移床，ICK系统软件显示精度平均误差≤1 mm；通过ICK系统进行移床，加速器自身的显示精度和实际位移平均误差≤1 mm；ICK系统的重复到位精度偏差平均≤1 mm，见表1。

图1 电压与位置标定曲线图

表1 测量结果分析

图2 ICK系统在各方向实际偏移曲线图

根据13组偏移量得出的实际偏移量Op(如图2所示)、软件显示偏移量OS、直线加速器自身的数显偏移OD以及3组误差值的曲线图。可以看出，在6个方向上Op、OS以及OD均有较好的一致性，3组误差值也较为一致，未出现明显的离散点。

3 讨论

肿瘤放射治疗已进入精确放射治疗时代，而精确放射治疗对放射治疗流程以及整个放射治疗系统的精度要求极高。治疗床的到位精度也是影响放射治疗精度的重要因素之一。在美国医学物理协会(AAPM)TG-142号报告[7]中明确要求治疗床的到位精度≤2 mm，对于开展立体定向放射治疗的设备更是要求治疗床的到位精度≤1 mm。

治疗床的移动误差包括两方面：①机械实际移动误差与数字编码器显示的差异；②机械的回程误差。治疗床的3个轴的单向误差和回程误差都应该在2 mm以内，当＞2 mm时应及时进行机械与数字编码器的检查，否则放射治疗的精确性得不到保障。同时，在IGRT技术的应用过程中，患者在固定体位后都需要根据IGRT结果调整治疗床的位置，对于未配备自动床的加速器而言，该过程往往需要物理师或技师多次进入治疗机房，根据加速器的数显通过手控盒进行调整，该过程费时费力，而且精度也得不到保障[8-9]。此外，对于一些特殊的病例，如多个分散靶区的患者，需要设计多中心治疗计划，治疗过程中往往也需要技师进入机房重新摆位移动治疗床，极大的降低了治疗效率。

ICK系统作为第三方软件，可以驱动目前主流的商用直线加速器治疗床。ICK系统通过标定，确定电压和位置的对应关系；采集治疗床电压信号，判断当前位置，同时能将输入的目标位置，转换成目标电压；输出控制电压信号给控制电路，直到达到目标电压容差范围，达到控制治疗床运动目的。实际使用过程中，上层软件发送目标位置给底层，ICK系统控制治疗床到达指定位置[6]。

本研究对ICK系统控制治疗床的精确度进行了测试，首先对ICK系统与治疗床位置的关系进行标定，然后分别测试了ICK系统控制治疗床的运动精度、ICK系统的软件显示偏移误差，并记录治疗床的数显偏移误差作为对比。测试结果显示，所有误差均在1 mm以内，并且ICK系统控制治疗床移动的精度具有很好的线性和重复性，完全符合精确放射治疗的要求。

4 结语

本研究结果表明，ICK系统作为第三方软件能够控制加速器治疗床的精确移动，实现在治疗控制室内控制治疗床的移动，在患者治疗复位及IGRT中发挥重要作用，节约了时间，平均每位患者的治疗时间将缩短2～5 min[10]。减少了手工操作可能引起的误差或失误，提高工作效率，对于未配套自动治疗床的加速器系统可作为有益的补充。