在放射治疗中，为解决布野和患者摆位的实时验证问题，1958年Andrews设计了第一个电子射野影像装置(Electronic Portal Imaging Device，简称EPID)，利用监测2MV X射线治疗。80年代固体探测器和液体探测器开始用于EPID的设计。EPID系统按射线探测方法不同可分为荧光探测器、固体探测器、液体电离室探测器三大类型。现在新型加速器附加了实时成像系统，将穿过患者的高能射线通过高效率的影像增强系统转化为图像信号，可以实时显示治疗过程中任何机架角度的患者射野图像，观察肿瘤组织在辐射野内的相对位置，以便能够随时发现和纠正摆位误差和患者体位变化，从而保证放疗过程准确可靠。EPID已经成为调强放疗质量保证的重要设备，用于实时监测动态照射时射野的形状和射野中各点的剂量，目前主要用于射野形状和位置的验证。

EPID应用于临床已有半个多世纪的时间。随着相关硬件和软件的不断开发和应用，人们对EPID了解的不断深入，EPID的使用也不断在普及。美国医学物理学家协会(AAPM)总结了一套EPID日常质量保证(QA)的方案^[1]，但若作为剂量仪使用其质量控制的要求更高^[2]。

随着放疗技术的发展，特别是三维适形放疗和逆向调强适形放疗技术的不断推广，电子射野影像系统在保证放疗质量方面发挥着越来越大的作用。目前许多加速器厂家，如Varian公司、Siemens公司和Elekta公司等，纷纷推出了先进的电子射野影像系统(EPID)。

1 研究对象和方法 1.1 电子射野影像系统的基本原理

在放射治疗中辐射束照射靶区时，采用电子或非电子技术作为获取影像的器件，在出射方向获得的影像称为射野影像。其中采用电子技术的成为电子射野影像系统，也叫电子射野实时成像系统，是一种新的放疗辅助装置。电子射野影像系统一般由射线探测器和射野影像处理系统两部分组成。根据探测方式的不同，EPID可分为荧光探测器、固体探测器和液体电离室探测器三大类型^[3-5]。

1.1.1 辐射荧光影像系统

辐射荧光影像系统(Radiation Fluoroscopic Image System)与X射线机的荧光电视系统类似，由荧光屏、反射镜、透镜和摄像机组成.它利用辐射荧光影像系统该类系统的优点是成像范围大、空间分辨率高、成像速度快; 主要缺点是体积大，妨碍患者的摆位。美国GE公司的Target View就属于这类系统。

1.1.2 固体探测器系统

固体探测器系统是用非晶硅(Amorphous Silicon)或非晶硒(Amorphous Selenium)等材料作为的半导体构成的线阵。它有两种工作方式:间接方式和直接方式，前者是将由闪烁体把射线变成的可见光，再用非晶硅光电管生成电信号，后者用非晶硒直接将射线转化为电信号。固体探测器系统具有体积小、效率高、分辨率高、动态范围大的优点，是目前EPID开发的热点，Varian公司的AS500系统就是采用非晶硅作为的EPID。

1.1.3 液体电离室系统

美国MD Anderson肿瘤研究中心和芬兰癌症研究中心开发了用液体电离室作为探测器的EPID系统。它由256 × 256个微型电离室阵列组成，电离室上下各有一块1.5 mm厚的纤维印刷板，每块印刷板上有256条1.27 mm宽的铜电极，相邻两铜片中心距离为2.5 mm。在两块印刷板间注入1 mm厚的异辛烷液体作为电离介质，每个电离室的大小1.27 mm × 1.27 × 1.00 mm。在电离室阵列前面涂有一层1 mm厚的钢板作为建成区。当采集图像信号时，逐行加上300 V的极化电压，256个静电计对每列采样10次得出平均电流，形成一幅图像信号。采集一幅图像的时间约5.9 s，有一种快速采集方式，即隔行的128行同时被高压选通，可以使采样时间减少到1.5 s，但图像分辨率较低。液体电离系统主要优点有: ①结构紧凑、轻便，能采用机器人手臂支撑，使探头收放自如; ②因各探测元件位置固定、均匀分布，不会使图像发生几何失真。该系统的主要不足是: ①射线利用率低; ②因采用扫描方式采集图像信息，在整幅图像读取过程中加速器剂量率的不稳定性可能影响图像质量。

1.2 电子射野影像系统的应用

EPID是一种快速的二维剂量测量系统，其最初设计是为解决布野和患者治疗的几何位置实时验证问题。但人们越来越关注其剂量学特性，如用EPID测量靶区、非均匀组织和敏感器官的剂量及照射范围的变化^[6]等; 或者从出射影像中获取剂量分布的信息，用以自动设计补偿器。

1.2.1 摆位误差的研究

EPID起初的设计目的和用途就是验证和校正患者的摆位误差。应用EPID对摆位误差校正有离线和在线之分。离线应用时患者的摆位误差并不在同次放疗中予以校正。Herman^[7]等把其归结为三方面: ①简单的离线校正，即通过前一次放疗中所测得的摆位误差的数据，在后面的一次放疗中得到校正。②监测，就是用EPID测得个体或群体摆位误差的数据，但不作任何处理，只是用来观察如摆位误差的幅度、时间趋势等。③统计分析和决策，即基于EPID所测得的摆位误差的数据进行统计分析，分析结果予以临床应用，以通过不同的处理方法降低或消除它对放疗的影响。其中有两种模式:一是基于整体的分析模式，就是在一批被研究的患者中，把用EPID测得的每个患者的摆位误差的数据归为一体进行分析，所得结果以后也将用于所有相应的患者。二是基于个体的分析模式，即基于每个患者不同的摆位误差情况进行放疗方案的调整。这是由于个体差异的存在，基于整体的分析模式所得的数据不可能对每一个个体都适用^[8]。Yan^[9]等提出的自适应放疗(adaptive radiation therapy)的思想即在每个患者整个放疗过程的早期用EPID测量每日的摆位误差，对摆位误差进行统计分析，决定是否需要修改放疗计划。如果需要则进行相应修改，而后按修改好的计划继续治疗。

Herman^[10]等在进行前列腺癌的放疗时，在前列腺中植人射野影像中可清楚显示的金粒作为标志物，用EPID拍摄正侧位图像，采用三维计算法建立金粒空间位置的几何坐标进行三维分析并实施在线的校正。结果显示摆位精度提高，而需要的时间仅比常规摆位平均超出1.4 min。Brock^[11]等比较了在校正摆位误差时应用电脑控制和手工控制治疗床的移动所需的时间与准确性。结果显示电脑控制比手工控制的速度快(25.4s vs 101.9 s)，准确性高(1.8mm vs 2.5 mm的误差)。EPID的在线应用对每个患者来讲确实能够减少摆位误差，但这种方法并不普及，

治疗间校正患者摆位:患者摆位误差由系统误差和随机误差两项构成。在设计某个患者的治疗计划时，PTV和CTV之间的间隙是根据患者群体摆位误差分布情况确定的。但实际上由于个体之间的差异，每个患者实际需要的间隙是不一样的，针对这种情况，Yan Di提出自适应放疗的思想(asaptive radiation therapy) ^[12]，具体实施情况是:自疗程开始时起，每次放疗时获得射野图像，用离线方式测量每次的摆位误差。根据最初数次的测量结果预测整个疗程的系统误差和随机误差。在平移系统误差精度要求为1mm、随机误差精度要求为0.5 mm、置信度大于95%的条件下，所需的测量次数最多不超过9次，具体次数可根据经验公式n = min[9.4 + 2(δ-1)]^[13]计算数据，其中δ是随机误差估计值。

对于胸腹部肿瘤，Kubo建立一项利用一个呼吸传感器监测患者呼吸^[14]的呼吸门控放疗技术。为实现自动跟踪放疗这种技术，必须保证从获取图像直至完成处理的时间不超过1 s，这有赖于EPID和图像处理算法性能的改进，自动跟踪放疗流程图(见图 1)。

1.2.2 剂量验证与测量

电子射野影像系统的最初设计目的和只要功能是位置验证，但因为它实际上是一个辐射探测器，因此经过适当的刻度，也可以作为剂量仪使用。剂量验证是确认患者实际受到的照射剂量是否等于计划给予剂量的过程，是保证放疗质量的重要措施。用半导体、热释光剂量仪可以在患者体表检测入射剂量和出射剂量，但他们只能实现少数几个点的剂量验证^[15]。

用EPID进行剂量验证时，根据其参与验证的时机不同可分为治疗前验证和治疗中验证。Vieira^[16]等在用EPID进行调强放射治疗(IMRT)中剂量验证时提出了一种技术。他们把调强放疗的每个照射野分为两个野，依次曝光。第一个野称为静态野，是用来探测患者的摆位误差。第二个野称为调强野，其在第一次曝光所得摆位误差信息的基础上进行剂量验证。研究结果表明，即使在患者有很大摆位误差存在的情况下剂量验证的误差也在1%以内。可见，人们正在探索进行治疗中剂量验证的好的解决方法。

用EPID进行脊梁验证的研究正在不断的发展。在EPID作为一个剂量仪使用时，有人用其来设计和验证补偿板^[17]，也有人用其来测量放疗固定装置和治疗床引起的剂量衰减。总之，EPID可以作为剂量测量工具使用这一点是大家所公认的，但将其用于剂量学验证还需要进一步研究。

由于加速器源的大小，源到探测器的距离、探测器和放大器的灵敏度、加速器脉冲信号等因素影响EPID的影像质量，为保证电子射野影像系统功能的正常发挥，临床应用时需要相应的质量保证与控制措施。

1.3 材料与方法

iViewGT EPID是安装在Elekta公司的Precise加速器上，采用非晶硅探测器面板，加速器焦点到探测器距离为160 cm，最大照射野为41 cm × 41 cm，像素1024ppi × 1024ppi。遵照的是IEC 60601-1医用电子仪器标准及ICE 60601-2-1医用电子仪器安全标准，根据厂商推荐的QA和QC方法，主要分为防碰撞连锁、探测器运动和影像质量检查。

1.3.1 防碰撞连锁

主要为保障病人和工作人员的安全及防止病人和工作人员对EPID的碰撞。检查方法:打开探测器至等中心位置，对探测器面板施加一定压力触发连锁，确定机架无法旋转。旋转大机架360°，确定在旋转过程中没有触发任何错误连锁。并测试加速器的Stop Motors按下后，机架和探测器无法运动。按下Stop Motors后可以恢复运动。

1.3.2 iViewGT EPID运动范围检测

确定探测器中心位于等中心，用三角板的两个直角边分别与AB和GT方向重合。沿T方向移动探测器，探测器运动范围应大于115mm。探测器中心位于等中心，用三角板的两个直角边分别与AB和GT方向重合，分别沿A和B方向移动探测器，探测器运动范围应大于115mm。

1.3.3 影像质量检测

使用Las Vegas体模获取图像，采用细节-对比分析方法来评价一个系统的对比分辨率。Las Vegas体模由铝材料制成，体模呈方形，表面钻有直径分别为1 mm、2 mm、4 mm、7 mm、10 mm和15 mm，深度分别为0.51 mm、1.0 mm、2.0 mm、3.2 mm和4.8 mm的孔，分别代表一定的空间分辨率和对比度(见图 2和图 3)。影像获取条件:将Las Vegas体模放置在治疗床上，源皮距为100 cm，加速器机架角为0°，照射野大小为12 cm × 12 cm，加速器设定跳数为100MU，iViewGT的增益(Gain)设为LOW，帧平均(Frame averaging)设为MAXIMUM(见图 4)。

2 实验结果 2.1 探测器最大运动范围检查

EPID的探测器沿T、A、B方向的最大运动范围分别为117.5 mm、118.5 mm、118.5 mm，T、A、B3个方向上的最大运动范围全部大于115 mm。

2.2 影像质量检查

Elekta公司的Precise加速器10MVX射线照射Las Vegas体模获得的图像。厂商提供的标准图像中(见图 5)，●表示影像上应显示出来的圆孔位置，×表示Las Vegas体模上有圆孔但影像上不一定能显示出来的圆孔位置。通过对比可以发现EPID实际拍摄的图像质量优于厂家推荐的标准图像。

3 讨论

在EPID对放疗元件的质量保证中的应用研究中，对多叶光阑(MLC)的验证的研究相对比较多。由于EPID的图像空间分辨率不是很好，和胶片验证MLC相似对所成图像进行主观的视觉判断不能符合所需准确度的要求。但是，EPID所成的是数字化影像，可以直接对其图像信号进行软件分析，从而使得用EPID对MLC的验证准确度提高而且使用更加方便。除了对MLC的验证，EPID还可用于其他的放疗元件的质量保证。

EPID是一个放疗质量保证和控制的装置，对其本身的质量保证和质量控制非常重要。EPID应用于临床已有半个多世纪的时间。随着相关硬件和软件的不断开发和应用，人们对EPID的使用也不断在普及。它是一个复杂的系统，涉及机械、电子学和影像学等内容。从安装调试、验收到临床应用需要严格的质量保证措施。质量保证与控制人员包括医院物理师、维修工程师以及厂商维修人员。在熟悉设备工作原理和操作使用基础上，定期进行质量保证与控制是一项重要的工作任务。每一个放疗中心在使用EPID时必须要有一套完整的QA体制，避免用不可靠的工具去检测。

每月的QA检查项目应该包括详细的安全和机械调试性检查。总结日常的QA数据连了解图像质量变化趋势。EPID系统的刻度周期可以遵照厂家的建议，一般为一个月，也可以在验收后视情况确定自己的刻度周期。这一周期可根据变化趋势做相应调整。另外，还要定期地进行磁盘及数据库维护工作。

每年的QA的内容主要是检查EPID软件定量测量的准确性，可以通过使用方针体模或几何体模拟患者摆位验证的整个过程的方法加以检验。在软件升级或对EPID系统作某些改变以后，需要另外增加特定的QA工作。

4 结论

通过本课题的研究，学习了电子影像系统的基本原理，以及它在临床肿瘤诊断和治疗中的重要作用。学习了电子影像系统的质量保证和质量控制。在实验中遇到了一些问题，如模体摆位中经常有误差出现，仪器复杂的操作及实验结果并不理想。积极调整和寻找更好更简单的方法，使得实验能够顺利进行。