XHA600E型國(guó)產(chǎn)數(shù)字化加 速器性能檢測(cè)與對(duì)比評(píng)價(jià)

馬蕾杰，宋迎新，雷宏昌，劉晗，劉冰，陳鵬

1.鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 河南省腫瘤醫(yī)院 放療科，河南 鄭州 450008；2.山東新華醫(yī)療器械股份有限公司，山東 淄博 255086

引言

某醫(yī)院放療中心安裝了一臺(tái)XHA600E型直線加速器（山東新華），該機(jī)器是在XHA600D加速器的基礎(chǔ)上，從軟硬件兩方面重新整合設(shè)計(jì)，最新推出的全數(shù)字化加速器。為了解該設(shè)備的實(shí)際性能，本文從物理性能和工程技術(shù)兩方面對(duì)該設(shè)備開展了系統(tǒng)性檢測(cè)，并與功能相似的進(jìn)口機(jī)型在關(guān)鍵參數(shù)方面進(jìn)行對(duì)比，找出新型國(guó)產(chǎn)加速器與進(jìn)口加速器之間的差距，以期更好地將該設(shè)備應(yīng)用于臨床治療。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

XHA600E型加速器，Unique加速器（Varian，美國(guó)），IBA Blue Phantom2型三維水箱，DOSE1劑量?jī)x，IBA 0.6 cc指形電離室，EBT免沖洗膠片，IBA 固體水模，Las Vegas模體，水平儀和鋼直尺，坐標(biāo)紙等。

1.2 機(jī)械參數(shù)檢測(cè)內(nèi)容及方法

（1）小機(jī)頭旋轉(zhuǎn)等中心精度。準(zhǔn)直器和治療床均位于0°（使用水平儀校準(zhǔn)），準(zhǔn)直器上鉛門開至最大，下鉛門關(guān)至最?。?.5 cm）。升床使床面到等中心高度，在床面平放一張EBT自顯影膠片，分別在準(zhǔn)直器0°、45°、90°、135°時(shí)，出束6 MV X射線100 MU，膠片上將形成4條狹長(zhǎng)條影像，組成“米”字型圖像。在“米”字線上，對(duì)每一條影像作其中分線，取4條中分線所形成的小區(qū)域內(nèi)兩點(diǎn)間的最大距離，要求d≤2 mm。

（2）機(jī)架 旋轉(zhuǎn)等中心精度?；驹O(shè)定條件同上。不同的是要在床面垂直放一張EBT膠片，兩側(cè)用固體水膜固定，升降床使等中心大致處于膠片的中心位置，分別在機(jī)架為0°、45°、90°和135°時(shí)出束6 MV X射線100 MU，膠片上將形成4條狹長(zhǎng)條影像，組成“米”字型圖像。在“米”字線上，對(duì)每一條影像作其中分線[1]，取4條中分線所形成的小區(qū)域內(nèi)兩點(diǎn)間的最大距離，要求d≤2 mm。

（3）光矩尺指示精度。機(jī)架0°，SSD=100 cm。治療床上放置一張坐標(biāo)紙，檢查十字叉絲在坐標(biāo)紙上的投影與光矩尺100 cm指示是否重合。然后以SSD=100 cm為基準(zhǔn)分別升床5、10 cm和降床5、10 cm，檢查光矩尺的指示與實(shí)際高度的偏差，要求誤差≤2 mm。

（4）機(jī)架電子指示精度。使用水平儀找到實(shí)際的機(jī)架0°，讀取此時(shí)機(jī)架度數(shù)的電子顯示值，兩者相比較。相同方法檢查機(jī)架在90°、180°和270°時(shí)兩者的誤差，要求最大誤差≤0.5°[2]。

（5）小機(jī)頭電子指示精度。使用水平儀分別找到小機(jī)頭0°、45°、90°、270°和315°的實(shí)際值，與此時(shí)小機(jī)頭度數(shù)的電子顯示值相比較，要求最大誤差≤0.5°。

（6）4個(gè)獨(dú)立鎢門到位精度。機(jī)架和小機(jī)頭均為0°，SSD=100 cm，放置一張坐標(biāo)紙于床面，分別運(yùn)動(dòng)鎢門X1、X2、Y1和Y2，每個(gè)鎢門在坐標(biāo)紙上間隔取5個(gè)位置，比較實(shí)際值與電子顯示值之間的誤差，要求≤1 mm。

1.3 射線參數(shù)檢測(cè)內(nèi)容及方法

1.3.1 6MV X射線質(zhì)測(cè)定

（1）改革授課內(nèi)容和形式。通過以臨床實(shí)例為基礎(chǔ)的分專業(yè)組的授課形式，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力。各專業(yè)組以月為單位針對(duì)本組學(xué)生安排“異常結(jié)果的判讀與處理”“如何解讀檢驗(yàn)結(jié)果的臨床意義”“儀器的維護(hù)及常見故障的判斷和處理”等內(nèi)容講授，要求授課教師聯(lián)系臨床實(shí)例，科室隨機(jī)抽查授課內(nèi)容。

機(jī)架和小機(jī)頭均為0°，射野大小為10 cm×10 cm，SSD=100 cm，出束劑量率為400 MU/min（以下幾項(xiàng)射線參數(shù)的檢測(cè)如不作特殊說明，均按照上述條件設(shè)定）。使用Blue Phantom2三維水箱沿射野中心軸掃描得到PDD曲線，找出劑量最大點(diǎn)（Dmax）的水下深度、水下10 cm的百分深度劑量和水下20 cm的百分深度劑量，并計(jì)算PDD20/PDD10，求得射線品質(zhì)因數(shù)。要求最大劑量點(diǎn)深度在（1.5±0.3）cm以內(nèi)，PDD10在67%±3%以內(nèi)[3]。

1.3.2 射野平坦度和對(duì)稱性測(cè)量

使用Blue Phantom2三維水箱，射野10 cm×10 cm和30 cm×30 cm，在水下10 cm深度處，分別沿中心軸的橫向和徑向進(jìn)行掃描，每個(gè)方向各得到兩條離軸比曲線。軟件可自動(dòng)計(jì)算每條曲線的平坦度和對(duì)稱性數(shù)值，要求平坦度≤106%，對(duì)稱性≤103%[4]。

1.3.3 燈光野和照射野一致性檢查

平放一張自EBT膠片于床面，打開燈光野，用針在燈光野的每條邊上均勻地扎兩個(gè)小孔，并蓋上1 cm厚度的固體水膜，膠片下面放2 cm厚固體水膜。給予6 MV X射線100 MU照射劑量。將射野內(nèi)50%等劑量線和膠片上小孔相比較[5]，要求誤差≤2 mm。

1.3.4 劑量線性度檢查

水下5 cm處，使用Blue Phantom2三維水箱掃描系統(tǒng)內(nèi)單點(diǎn)測(cè)量功能，分別測(cè)量出束為100、200、300、400、500、600和800 MU時(shí)的實(shí)際吸收劑量值，要求設(shè)定值與實(shí)際值的關(guān)系必須為線性，其最大偏差≤2%。

1.4 多葉光柵相關(guān)參數(shù)檢測(cè)內(nèi)容及方法

機(jī)架和小機(jī)頭均位于0°，鉛門開至40 cm×40 cm，SSD=100 cm平面上放置一張坐標(biāo)紙，在坐標(biāo)紙上標(biāo)定一個(gè)中心與十字叉絲中心重合[6]。制作一個(gè)簡(jiǎn)單的治療計(jì)劃，使兩側(cè)所有葉片分別運(yùn)動(dòng)至-10、-5、0、5、10和15 cm，檢查每個(gè)葉片在坐標(biāo)紙上的實(shí)際投影位置與設(shè)定位置之間的誤差，要求誤差≤±1 mm。

1.4.2 葉片末端的位置重復(fù)性

測(cè)試條件和葉片運(yùn)動(dòng)位置同1.4.1節(jié)。重復(fù)執(zhí)行測(cè)試計(jì)劃6次，記錄每次葉片在坐標(biāo)紙上得實(shí)際投影位置，比較所有葉片不同運(yùn)動(dòng)位置中的最大值和最小值之間偏差，要求誤差≤2 mm。

1.4.3 葉片及葉片箱運(yùn)動(dòng)速度測(cè)試

測(cè)試條件同1.4.1節(jié)。首先任選某一葉片從-10 cm運(yùn)動(dòng)到10 cm，記錄運(yùn)動(dòng)所耗時(shí)間，距離/時(shí)間=葉片運(yùn)動(dòng)速度，相同方法重復(fù)測(cè)試其他葉片，取6個(gè)葉片運(yùn)動(dòng)速度平均值。要求葉片運(yùn)動(dòng)速度≥30 mm/s。

1.4.4 MLC和鉛門漏射率

機(jī)架和小機(jī)頭均位于0°，水下5 cm處，SSD=100 cm，劑量率為400 MU/min。使用Blue Phantom2三維水箱軟件內(nèi)單點(diǎn)測(cè)量功能：① 先將射野設(shè)為10 cm×10 cm，出束200 MU，測(cè)量得到開野時(shí)吸收劑量值。然后分別出束200 MU，測(cè)量；② X鉛門關(guān)至最小，Y鉛門開至最大，MLC開至最大，探頭放置于中心軸向左3 cm位置處的吸收劑量；③ X、Y鉛門設(shè)為10 cm×10 cm，MLC關(guān)閉，探頭放置于相鄰兩葉片縫隙中間位置處的吸收劑量。②/①為鉛門漏射率，③/①為MLC漏射率，要求兩比值均≤2%[7]。

1.5 EPID對(duì)比度和分辨率的檢測(cè)

機(jī)架和小機(jī)頭均位于0°，運(yùn)動(dòng)平板探測(cè)器使其中心與加速器機(jī)頭的十字叉絲交點(diǎn)投影重合，若不重合需先對(duì)EPID的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行校準(zhǔn)。射野 12 cm×12 cm，將Las Vegas模體直接放在平板探測(cè)器的表面并完全置于射野內(nèi)。LasVegas模體的材料為鋁，表面鉆有直徑分別為1、2、4、7、10、15 mm，深度分別為0.5、1.0、2.0、3.2、4.8 mm的圓孔[8]，每一圓孔代表不同的空間分辨率和對(duì)比度（圖1）。放置時(shí)將模體上帶孔的一面朝下，出束100 MU，控制室EPID電腦將采集得到一幅圖像，調(diào)節(jié)窗寬窗位使圖像分辨率最佳，要求至少能看到圓孔數(shù)目，見圖2[9]。

圖1 Las Vegas模體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 6 MV X射線圓孔顯示標(biāo)準(zhǔn)示意圖

2 結(jié)果

XHA600E加速器所有參數(shù)和Unique加速器關(guān)鍵參數(shù)[10-11]的測(cè)試結(jié)果，見表1。由表可知，XHA600E加速器的15項(xiàng)參數(shù)的性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。具體來說，在機(jī)械參數(shù)方面，XHA600E加速器的機(jī)頭和機(jī)架等中心精度分別為1.0 mm和0.8 mm，均小于2 mm的國(guó)標(biāo)要求，各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的電子指示精度均符合要求，其中Y2鉛門到位精度為1 mm，為誤差要求臨界值，經(jīng)坐標(biāo)紙校準(zhǔn)2個(gè)月后復(fù)查，Y2到位精度小于0.5 mm，說明到位精度可靠。在射線參數(shù)方面，XHA600E的6 MV X射線最大劑量點(diǎn)為1.51 cm，PDD10為66.9%，符合最大劑量點(diǎn)深度≤（1.5±0.3）cm，PDD10≤（67±3）%的要求，其兩個(gè)方向的射野平坦度和對(duì)稱性最大值分別為105.2%和101.4%，符合平坦度≤106%、對(duì)稱性≤103%的要求。在MLC參數(shù)方面，其葉片末端的到位準(zhǔn)確性和重復(fù)性分別為0.7 mm和1.2 mm，符合出廠手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。葉片運(yùn)動(dòng)速度為37.5 mm/s，符合≥30 mm的要求。小機(jī)頭等中心精度檢查結(jié)果，見圖3。機(jī)架等中心精度檢查結(jié)果，見圖4。

圖3 小機(jī)頭等中心精度測(cè)試結(jié)果圖

圖4 機(jī)架等中心精度測(cè)試結(jié)果圖

表1 XHA600E加速器所有參數(shù)和Unique加速器關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)試結(jié)果

EPID分辨率測(cè)試結(jié)果，見圖5。仔細(xì)觀察圖5可知，肉眼可分辨出的圓孔數(shù)目能夠滿足圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 XHA600E加速器EPID圖像分辨率測(cè)試結(jié)果圖

3 討論

相比于新華加速器之前的600D機(jī)型[12]和其他國(guó)產(chǎn)加速器[13-14]，XHA600E機(jī)型做了不少的改進(jìn)：① 該機(jī)器的軟件控制系統(tǒng)由DOS平臺(tái)改造為Windows 7平臺(tái)，新的控制系統(tǒng)采用模塊化實(shí)時(shí)控制技術(shù)，將整臺(tái)機(jī)器的控制劃分為多個(gè)子模塊，如治療頭控制模塊、劑量監(jiān)控模塊和EPID模塊等，每一個(gè)模塊是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，內(nèi)置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)PowerPAC，所有模塊均通過CANBUS總線或者以太網(wǎng)與控制室的主機(jī)進(jìn)行通訊，使工作界面得到優(yōu)化的同時(shí)也具備了更好的升級(jí)擴(kuò)展能力；② 主要運(yùn)動(dòng)軸的機(jī)械運(yùn)動(dòng)反饋方式由原來的單通道采樣升級(jí)為雙通道采樣，其中絕對(duì)值編碼器負(fù)責(zé)主通道位置檢測(cè)，電位器負(fù)責(zé)與編碼器實(shí)時(shí)比較，一旦超出誤差范圍即觸發(fā)連鎖，更好的保證了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的到位準(zhǔn)確度和安全性；③ 新機(jī)型的劑量率實(shí)測(cè)最高可達(dá)到570 MU/min，與之前相比也有很大提升，可以有效縮短治療時(shí)間。

本研究的檢測(cè)結(jié)果表明，XHA600E型加速器的所有性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足臨床治療的要求。與美國(guó)Varian公司Unique加速器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試：①在設(shè)備的等中心精度、射線質(zhì)、射野平坦度和對(duì)稱性方面，XHA600E與Unique的差別不大，Unique的等中心精度略高，射野平坦度和對(duì)稱性更好；② MLC性能方面，兩者的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相似，均采用“葉片+葉片箱”式結(jié)構(gòu)，單側(cè)葉片在葉片箱內(nèi)安裝，葉片箱也可整體運(yùn)動(dòng)，拓展了葉片的實(shí)際運(yùn)動(dòng)范圍。兩者均采用正交編碼器來檢測(cè)葉片的實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置，但Unique采用“softpot”軟電位器板作為次級(jí)位置檢測(cè)，以確保葉片運(yùn)動(dòng)位置的準(zhǔn)確和安全[15]，而XHA600E則無次級(jí)位置檢測(cè)；③ 在EPID的開發(fā)使用方面，XHA600E僅能夠進(jìn)行單曝光正交位置驗(yàn)證，其EPID軟件界面簡(jiǎn)單，圖像匹配方式單一，且在使用中多次出現(xiàn)軟件死機(jī)狀況，仍需改進(jìn)；Unique則既可實(shí)現(xiàn)多種曝光模式的位置驗(yàn)證，也可進(jìn)行劑量驗(yàn)證，可見在影像驗(yàn)證功能方面，XHA600E尚存在明顯差距。另外，XHA600E的有些電路板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，缺少相應(yīng)的檢測(cè)和保護(hù)電路，曾出現(xiàn)過真空電源板上的高壓模塊在一段時(shí)間內(nèi)多次燒壞情況，后經(jīng)改進(jìn)已解決該問題。

目前，我國(guó)的直線加速器高端市場(chǎng)大部分被瓦里安和醫(yī)科達(dá)[16]兩家公司壟斷，市場(chǎng)份額高達(dá)80%以上，國(guó)家設(shè)立多項(xiàng) 科研基金扶持國(guó)產(chǎn)加速器向高端推進(jìn)，以期逐步打破這種壟斷局面。XHA600E相較于其上一代600D機(jī)型，軟硬件性能有了很大提升，可以實(shí)現(xiàn)位置驗(yàn)證，縮小了與進(jìn) 口加速器之間的差距，又有其價(jià)格便宜、維護(hù)成本低的優(yōu)勢(shì)，是基層醫(yī)療單位更新?lián)Q代的理想選擇。

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