利用超声引导针和网格模板^[14]（美国CIVCO公司）将4枚线性金标志物（0.8 mm×0.8 mm×1.0 mm，比利时IBA公司）植入到Random仿真人体模型（比利时IBA公司）的盆腔部位。定义坐标轴：X轴为左右方向、Y轴为头脚方向、Z轴为腹背方向。标志物按照4种模式植入：X-Z平面植入（A模式）、X-Y平面植入（B模式）、斜植入（C模式）和分散植入（D模式）。其中，A模式下植入坐标为（−3a,0,0）、（−a,0,0）、（a,0,0）、（3a,0,0）和（a,0,a）、（ −a,0,a）、（ a,0,−a）、（−a,0,−a）；B模式下植入坐标为（a,b,0）、（−a,b,0）、（a,−b,0）、（−a,−b,0）；C模式下植入坐标为（a,b,a）、（−a,b,−a）、（a,−b,a）、（−a,−b,−a）；D模式下植入坐标为（0,3b,0）、（a,b,a）、（−a,−b,−a）、（0,−3b,0）。每种植入模式下的组级坐标组合分别见表1~4。

调取25例治疗已结束的前列腺癌患者的VMAT计划（每例2个对称弧，共50个弧），使用Synergy Platform加速器（瑞典医科达公司）分别对包含4枚标志物的40种坐标组合的盆腔假体进行基于EPID的IGRT标准照射，单次剂量约为60 Gy。在照射中，从弧上每个控制点获取EPID平片并用于下一步计算和分析。

定义在EPID平片上，若以标志物中心为圆心，半径r=3 mm的圆内区域未被多叶准直器或铅门全部遮挡，则该标志物是可探测的。计算每个控制点$ j $'/>处所获得的EPID平片上标志物$ i $的未遮挡区域u的面积$ {A}_{u}^{ij} $。控制点$ j $'/>处可探测性分数为4枚标志物的未遮挡面积总和占总面积A的百分比，总面积A=$ 4 \times \pi {r^2}$，其中r=3 mm 。

另外，本实验还引入了2种加权因子：标志物数量加权因子$ {W}_{n} $和标志物重叠加权因子$ {W}_{o} $，分别惩罚每张EPID平片上可探测到的标志物数量n<3和每张EPID平片上发生标志物重叠的情况。

（1）标志物数量加权因子$ {W}_{n} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>：首先，规定若任一枚标志物实际未遮挡或未重叠面积大于以标志物中心为圆心的圆面积（半径r=3 mm）的3/4，即总面积A的3/16时，则可探测标志物数量+1。然后，规定每张EPID平片上可探测到的标志物数量n≥3时，$ {W}_{n} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>=1；n=2时，$ {W}_{n} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>=2/3；n=1时，$ {W}_{n} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>=1/3；n=0时，$ {W}_{n} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>=0。

（2）标志物重叠加权因子$ {W}_{o} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>：规定在每张EPID平片上，4枚标志物均未发生重叠时，$ {W}_{o} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>=1；2枚标志物发生重叠时，$ {W}_{o} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>=0.5；3枚及以上标志物发生重叠时，$ {W}_{o} $'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>=1/3。

最终，完善后的可探测性分数D的计算公式如下：

利用公式（1）计算每种植入模式中每种坐标组合在每次IGRT标准照射后全部控制点所获得的EPID平片的可探测性分数，最后计算每种坐标组合25次照射的可探测性分数的均值（$\overline{D}$）。

分析40种坐标组合的$\overline{D}$'/>，确定标志物最佳植入坐标组合与模式。另外，考虑到临床实践中由于患者前列腺体差异和操作条件的不同，并不是所有患者均适用于上述结果。因此，本研究应用SPSS 19.0软件的曲线拟合功能寻找标志物在所有模式下及坐标组合中的最佳植入位置参数a值和b值，从而使得某些不适用上述结果的患者仍可在其他模式下或坐标组合中获得相对较高的$\overline{D}$'/>，计算方法如下。

（1）a值：除A模式外（A模式下直接计算4个坐标组合的$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>与a值的关系即可），分别计算每种模式下，每个a值组4个坐标组合（例如：B5-Ⅰ、B5-Ⅱ、B5-Ⅲ、B5-Ⅳ）的$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>。建立a值与$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>的函数关系，进行曲线拟合，寻找最大$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>时的a值。

（2）b值：除A模式外（A模式下b值均为0，直接计算4个坐标组合的$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>与b值的关系即可），分别计算每种模式下，每个b值组3个坐标组合（例如：B5-Ⅰ、B10-Ⅰ、B15-Ⅰ）的$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>。建立b值与$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>的函数关系，进行曲线拟合，寻找最大$\overline{D}$'/>'/>'/>'/>'/>'/>'/>时的b值。

40个组级坐标组合25次照射的$\overline{D}$按降序排列的结果见图1，按模式A~D排列的结果见图2。

图  1  VMAT标志物植入中40个组级坐标组合25次照射的可探测性分数均值（$ \overline{D} $）按降序排列的结果

Figure 1.  The mean detectability score $\overline{D} $ for 40 group-level coordinate combinations after 25 times of radiation in volume-modulated arc therapy marker implantation is arranged in descending order

图  2  VMAT标志物植入中40个组级坐标组合25次照射的可探测性分数均值（$\overline{D} $）按模式A~D排列的结果

Figure 2.  The mean detectability score $ \overline{D}$ for 40 group-level coordinate combinations after 25 times of radiation volume-modulated arc therapy marker implantation is arranged in mode A−D order

由图1（组级结果）可见，B10-Ⅰ组$\overline{D}$'/>'/>'/>最高（0.2652分），C5-Ⅳ组最低（0.2191分）。由图2（模式级结果）可见，每种模式的相同a值组中，$\overline{D}$'/>'/>'/>基本随着b值的增加而降低；4种模式中D模式的$\overline{D}$'/>'/>'/>的均值最高（0.2489分），其余依次为B模式（0.2447分）、A模式（0.2357分）、C模式（0.2350分）。由此可见，本研究中最佳植入坐标组合为B10-Ⅰ组，即（10,3,0）、（−10,3,0）、（10,−3,0）、（−10,−3,0），最佳植入模式为D模式。

a、b值分别与$\overline{D}$'/>拟合的曲线见图3、4。其中，由图3可见，拟合曲线R²=0.237，拟合结果差，曲线峰值处横坐标a=9.6 mm；由图4可见，拟合曲线R²=0.721，拟合结果良好，曲线峰值处横坐标b=4.6 mm。综上，当a=9.6 mm、b=4.6 mm时，各种模式下均能获得较为理想的$\overline{D}$'/>。

图  3  VMAT标志物植入中植入坐标参数a值同可探测性分数均值（${ \overline{D}} $）的拟合曲线

Figure 3.  Fitting curve of the implantation coordinate parameter a and the mean detectability score $\overline{D} $ in volume-modulated arc therapy marker implatation

图  4  VMAT标志物植入中植入坐标参数b值同可探测性分数均值（$\overline{D}$）的拟合曲线

Figure 4.  Fitting curve of the implantation coordinate parameter b and the mean detectability score $\overline{D}$ in volume-modulated arc therapy marker implatation

本研究结果显示，对于常规患者（腺体完整，无残缺或畸形），组级最佳结果为B10-Ⅰ，模式级最佳结果为D模式。因此，在充分考虑了手术操作难易程度，是否会给患者带来不良影响等问题后，可参考上述结果进行标志物的植入。通过上述操作，可以最大程度地提高标志物的可探测性，进而提高其质心准确性，从而优化EPID的校准精度。

本研究中曲线拟合结果还显示，纵坐标（$\overline{D}$）随横坐标（a值或b值）变化的趋势均为先上升、后下降。对此，可能的原因如下。（1）曲线上升部分：当标志物距离中心原点位置过近时，由于缺乏外周标志物探测信息，无法准确反映前列腺靶区的旋转变化。随着a值和b值逐渐增大，标志物距离中心原点距离增加，外周标志物探测信息逐渐丰富，因此能够较准确地反映前列腺靶区旋转变化，总体探测分数逐渐增加。（2）曲线下降部分：在VMAT典型弧形野中，动态多叶准直器最有可能在前列腺靶区治疗等中心原点周围打开，距离中心较近的标志物被多叶准直器遮挡的概率不大。随着射野中心距离的增加，外周标志物被多叶准直器遮挡的概率大大增加，因此$\overline{D} $'/>呈现快速下降的趋势。以上2种解释同样适用于所有组级坐标组合$\overline{D} $'/>按模式排列结果中A、B、C模式的下降部分和D模式。Ma等^[14]也利用相同的理论解释了相似的实验结果。

总之，标志物在X、Y、Z 3个方向上相对中心原点的坐标是决定其可探测性分数的主要因素，过小或过大的直线距离分别会导致旋转信息量的减少和多叶准直器遮挡概率的增加^[15]，因此，将可探测性分数峰值处的a值和b值代入并应用到各种模式中，计算出的最佳坐标组合即为各种模式下标志物最理想的植入位置。对于一些前列腺靶区情况复杂、植入操作特殊的患者（如前列腺癌术后放疗患者、腺体残缺患者），或许不适合参考最佳组级，甚至模式级结果进行植入手术，上述结果为这类患者在其他坐标组合或模式下进行手术提供了重要临床参考。

综上，本研究获得了标志物最佳植入位置的组级和模式级结果，同时通过对该结果进行拟合曲线分析获得了所有情况下各种模式和坐标组合均较为理想的参数。本研究结果不仅充分考虑了常规和特殊患者的临床实践情况，具有普适性，同时也为基于EPID联合标志物的前列腺癌IGRT提供了重要临床参考数据和依据，从而提高了其校准精度和治疗效果，拓宽了EPID的应用前景。

利益冲突　本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任何利益冲突。

作者贡献声明　田龙负责研究过程的实施、实验的实施、论文的起草和最终版本的修订；闫洁诚、李丹、李慧超负责数据的获取与分析；胡逸民负责研究命题的提出和设计。