基于雷泰醫(yī)療多模態(tài)智能直線加速器VenusX的驗(yàn)收測試

中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 放射治療科，北京 100853

引言

放射治療作為三大腫瘤治療手段之一，近些年發(fā)展迅速，各種放療新技術(shù)的開展，對作為放療主要實(shí)施設(shè)備的醫(yī)用電子直線加速器提出了更高的要求[1-2]。而嚴(yán)格的質(zhì)量控制是保證計劃劑量準(zhǔn)確無誤執(zhí)行的前提。作為放射治療設(shè)備管理的重要組成部分，直線加速器的驗(yàn)收是確保放射治療設(shè)備質(zhì)量和安全應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)[3-4]。驗(yàn)收時一般要求醫(yī)院高年資物理師和廠家技術(shù)工程師共同進(jìn)行，根據(jù)廠家提供的設(shè)備性能、技術(shù)參數(shù)和配置清單逐一檢查。各個廠家遵循國際及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定各自的驗(yàn)收手冊，工程師會遵照廠家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)試；另一方面，醫(yī)院人員驗(yàn)收時按照驗(yàn)收手冊并參考國際及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。需要注意的是驗(yàn)收各項(xiàng)指標(biāo)方法的正確性和準(zhǔn)確性，還有一些指標(biāo)的可調(diào)性與穩(wěn)定性，可根據(jù)臨床需求在合理范圍內(nèi)提高各項(xiàng)指標(biāo)的精度[5]。雷泰醫(yī)療的多模態(tài)智能醫(yī)用直線加速器VenusX作為一種新型的非均整（Flattering Filter Free，F(xiàn)FF）模式[6-7]加速器，在機(jī)械設(shè)計方面有其特點(diǎn)，本研究參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行臨床驗(yàn)收，驗(yàn)證驗(yàn)收方法的可靠性，確定其臨床應(yīng)用的精確性、有效性及安全性。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與儀器

VenusX同時配置MV級及kV級CBCT系統(tǒng)，最大射野40 cm×40 cm；配備上下各51對正交雙層光柵，其中上層光柵最小厚度6 mm，速度為6cm/s；下層光柵最小厚度4 mm，速度為5 cm/s；SAD為90 cm，最大治療空間45 cm。

測試儀器包括IBA Dose1劑量儀（IBA Dosimetry inc.，Schwarzenbruck， Germany）、IBA 指型電離室；IBA Blue Phantom三維水箱，IBA CC13指型電離室及其配套分析軟件。其他儀器包括氣壓計、溫度計、RW3固體水、校準(zhǔn)好的前指針、鋼板尺、坐標(biāo)紙、卷尺、水平儀、廠商配備的iQC驗(yàn)證模體及“一鍵QA”放療質(zhì)控系統(tǒng)（Device Verification System，DVS）分析軟件。

1.2 測試項(xiàng)目與方法

驗(yàn)收范圍包括輻射安全測試、MV與kV影像系統(tǒng)測試、機(jī)械精度測試、射束性能測試。參考國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[8-11]和AAPM TG-142報告[12]制定本測試項(xiàng)目與方法。

1.2.1 輻射安全

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)建議[11-12]，結(jié)合臨床相關(guān)風(fēng)險，首先對防護(hù)門連鎖、緊急開門、視聽監(jiān)控設(shè)備、出束狀態(tài)指示燈、防碰撞連鎖功能、緊急開關(guān)功能等輻射安全連鎖設(shè)置進(jìn)行測試，確保其正常工作。

1.2.2 機(jī)械精度

（1）機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心。DVS選擇Gantry Rtn測試項(xiàng)，開啟EPID等硬件；分別在機(jī)架角度為0、45°、90°、200°、245°和290°條件下，加速器出束1 MU，采集位于等中心位置的iQC模體的EPID圖像；使用DVS軟件對圖像進(jìn)行驗(yàn)證分析。

（2）機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度及數(shù)顯。分別在機(jī)架0、90°、180°和270°條件下，在機(jī)頭平面合適方向放置水平儀，調(diào)至角度位置對應(yīng)水平儀讀數(shù)，讀取加速器讀數(shù)并比對。

（3）墻壁激光線。調(diào)節(jié)激光線至盡可能細(xì)，利用坐標(biāo)紙驗(yàn)證激光線在等中心處的寬度；機(jī)架角0，手持硬質(zhì)半透明坐標(biāo)紙，垂直平移至等中心位置，期間調(diào)整治療床兩側(cè)激光燈，使其在等中心高度重合；同時調(diào)整天花板激光燈，使其在治療床上形成的y軸方向的豎線也與機(jī)頭激光豎線重合，驗(yàn)證其在等中心處的精度。

（4）機(jī)頭激光線在等中心處的精度。以機(jī)架角度0、治療床面位于等中心高度、機(jī)頭垂直方向時，激光線豎線在床面坐標(biāo)紙上的位置為基準(zhǔn)；分別旋轉(zhuǎn)機(jī)架至90、270°，觀察調(diào)整激光線在坐標(biāo)紙上的投影，驗(yàn)證其在等中心處的精度。

（5）光距尺指示精度。機(jī)架角度為0，使用校準(zhǔn)后長度為90 cm的前指針調(diào)整治療床面到等中心高度，觀察光距尺在床面的指示距離與實(shí)際值的偏差；移除前指針，在床面放置高度為10 cm的模體，觀察模體上光距尺的示數(shù)與實(shí)際值的偏差；保持模體不動，調(diào)整床面高度直到光距尺顯示SSD=90 cm，移除模體，觀察光距尺在床面的示數(shù)，驗(yàn)證光距尺的精度。

（6）治療床旋轉(zhuǎn)角度及數(shù)顯。機(jī)架角度為0、調(diào)整床面至等中心高度，坐標(biāo)紙平放于治療床面，其中心十字線與機(jī)頭激光線對齊，標(biāo)記當(dāng)前機(jī)頭激光線在坐標(biāo)紙上的位置；進(jìn)床20 cm，再標(biāo)記激光十字線在坐標(biāo)紙的位置，將兩次標(biāo)記的位置連線，此線與激光線在y方向的夾角應(yīng)滿足性能要求；同上，檢測治療床其他角度的顯示準(zhǔn)確性：重新將坐標(biāo)紙中心十字線和激光十字線對齊，旋轉(zhuǎn)治療床到90°、270°，使激光十字線與坐標(biāo)紙對應(yīng)的刻度線對齊，記錄對應(yīng)的治療床數(shù)字顯示值、床底座刻度值，驗(yàn)證治療床旋轉(zhuǎn)角度。

（7）治療床縱向與橫向移動及數(shù)顯。機(jī)架角度為0、治療床零位，調(diào)整床面至等中心高度；沿治療床y軸固定鋼板尺于床面，依次進(jìn)床20、40、60和70 cm，記錄機(jī)頭激光線在直尺的投影位置，驗(yàn)證治療床縱向移動精度。同理驗(yàn)證治療床橫向、垂直向移動及數(shù)顯。

（8）光柵葉片到位精度。一層光柵開到最大位置，另一層光柵分別使葉片不停運(yùn)動若干距離；在機(jī)架角度為0、90°（270°）條件下使用EPID采集圖像進(jìn)行到位精度驗(yàn)證分析。

（9）光柵葉片到位重復(fù)性。機(jī)架角度為0，一層光柵開到最大位置，另一層光柵分別使葉片不停運(yùn)動若干距離，使用EPID采集圖像，重復(fù)上述過程5遍進(jìn)行到位重復(fù)性精度驗(yàn)證分析。

1.2.3 射束性能（均在機(jī)架和小機(jī)頭角度0、SSD=90 cm條件下）

（1）射線質(zhì)一致性。射野10 cm×10 cm時，利用IBA三維水箱測量6 MV光子線的百分深度劑量曲線，分析讀出其20 cm和10 cm處的吸收劑量比值（TPR20，10），連續(xù)3次測量偏差應(yīng)≤2%。

（2）射野對稱性。射野10 cm×10 cm時，用上述水箱測量6 MV光子線在水下10 cm處的離軸比曲線；讀出對稱性數(shù)值。

（3）輸出劑量穩(wěn)定性。將0.6 cc電離室放在組合固體水下5 cm中心軸處，在10 cm×10 cm 射野下出束200 MU，讀取劑量儀數(shù)值，重復(fù)5次與基數(shù)進(jìn)行比較，兩者偏差應(yīng)在±1%范圍內(nèi)。

（4）監(jiān)測電離室穩(wěn)定性。射野10 cm×10 cm下出束200 MU，重復(fù)3次分別記錄通道1（MU1和）通道2（MU2）的平均讀數(shù)，比較兩者偏差應(yīng)不大于2%。

（5）MU線性。射野10 cm×10 cm，劑量率1000 MU/min，分別出束100、300、500、700和900 MU，并記錄；最大偏差應(yīng)不大于標(biāo)準(zhǔn)值的2%。

（6）高劑量輻照后的穩(wěn)定性。對劑量儀進(jìn)行溫度氣壓較準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，加速器經(jīng)過至少30 min的待機(jī)狀態(tài)，進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)后立刻出束200 MU，記錄測量值R1；正常治療距離處吸收劑量為100 Gy或是以最大劑量率運(yùn)行30 min的高劑量輻照后，立即出束200 MU，記錄測量值R2；兩次測量值的偏差應(yīng)≤2%。

（7）劑量日穩(wěn)定性。劑量儀進(jìn)行溫度氣壓較準(zhǔn)后，標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，加速器經(jīng)過至少30 min的待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)后，出束200 MU并重復(fù)5次，記錄計算平均值；然后進(jìn)行8 h連續(xù)周期運(yùn)行，每個周期在常用劑量率下輻照400 MU后停止10 min，周期運(yùn)行后重復(fù)出束200 MU 5次，記錄計算平均值；兩次測量值的偏差應(yīng)≤2%。

（8）劑量周穩(wěn)定性。劑量儀進(jìn)行溫度氣壓較準(zhǔn)后，標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，加速器經(jīng)過至少30 min的待機(jī)狀態(tài)，進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)后，出束200 MU并重復(fù)5次，記錄計算平均值；連續(xù)5 d，每天開機(jī)執(zhí)行上述測試；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，計算偏差值，偏差值應(yīng)≤標(biāo)準(zhǔn)值的2%。

1.2.4 影像系統(tǒng)

主要包括EPID成像板性能和MV，kV影像系統(tǒng)的位置精度驗(yàn)證，驗(yàn)證過程中，需打開EPID，加速器出束1 MU，使用EPID采集圖像并用DVS進(jìn)行分析。

（1）圖像低對比度分辨率。機(jī)架旋轉(zhuǎn)至0，將iQC模體放置于影像板上并與加速器中心對齊，采集圖像（圖1）。使用DVS中Low Contrast Resolution測試，讀取iQC模體成像中各低對比度分辨率，驗(yàn)證配件區(qū)域所觀察到的孔的個數(shù)，總數(shù)應(yīng)大于17個。

圖1 MV-EPID獲取的iQC模體圖像

（2）圖像空間分辨率。同上，采集iQC模體圖像，使用DVS的Spatial Resolution測試，選擇能夠觀察到頻率最高的線對，其分辨率應(yīng)大于0.6 lp/mm。

（3）圖像信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）：機(jī)架0，射野18 cm×18 cm，重復(fù)采集5張iQC模體射野圖像；分析圖像SNR，要求大于34 dB。

（4）成像裝置線性驗(yàn)收。機(jī)架0，分別在18 cm×6 cm，18 cm×9 cm，18 cm×12 cm，18 cm×18 cm射野條件下采集iQC模體圖像，分析結(jié)果，最大偏差值應(yīng)小于2%。

（5）成像裝置延遲驗(yàn)收。在Continuous模式下連續(xù)獲得兩張iQC模體圖像；使用DVS的Ghosting評估，第二幀與第一幀信號之比應(yīng)小于5%。

（6）MV-EPID和kV-EPID的中心到位精度驗(yàn)證。使用激光燈將模體小球放到機(jī)械等中心的位置，分別將機(jī)架旋轉(zhuǎn)至0，90°，180°，270°采集圖像，小球中心與圖像中心標(biāo)識的最大偏差應(yīng)小于1 mm。

（7）MV-EPID和kV-EPID的到位重復(fù)性精度驗(yàn)證。機(jī)架旋轉(zhuǎn)至0，將模體小球放到機(jī)械等中心的位置，采集圖像，重復(fù)打開EPID 5次，小球中心與圖像中心標(biāo)識的最大偏差應(yīng)小于1 mm。

（8）MV-EPID和kV-EPID的擺位精度驗(yàn)證。將iQC模體放置在治療床面上，使模體上Marker1和Marker2所處區(qū)域的一端正對機(jī)架并使該區(qū)域中心大致處于等中心附近；將機(jī)架分別旋轉(zhuǎn)至0，90°，采集圖像；在配準(zhǔn)軟件中，將DR圖像作為參考圖像，對原圖像和錯位一個鎢球點(diǎn)的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，計算偏移量，比較計算出的偏移量與兩個鎢球的實(shí)際距離，誤差應(yīng)小于1 mm。

2 結(jié)果

輻射安全方面，設(shè)備連鎖項(xiàng)目正常有效；機(jī)械精度、射束性能和影像系統(tǒng)方面，驗(yàn)收結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)甚至更優(yōu)，三個方面具體驗(yàn)收結(jié)果數(shù)據(jù)，見表1～3。其中，除治療床旋轉(zhuǎn)中心大小與要求標(biāo)準(zhǔn)相同外，其余機(jī)械精度項(xiàng)目均較標(biāo)準(zhǔn)更優(yōu)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心與治療床移動誤差表現(xiàn)尤為明顯；長時間劑量穩(wěn)定性均小于0.8%；影像系統(tǒng)檢測項(xiàng)目各項(xiàng)結(jié)果都較參考標(biāo)準(zhǔn)更優(yōu)，在影像低對比度分辨率、空間分辨率和SNR等方面表現(xiàn)尤為突出。

表1 機(jī)械精度檢測結(jié)果數(shù)據(jù)

表2 劑量項(xiàng)目檢測結(jié)果數(shù)據(jù)（%）

表3 影像系統(tǒng)項(xiàng)目檢測結(jié)果數(shù)據(jù)

3 討論

近年來國產(chǎn)醫(yī)用加速器在技術(shù)質(zhì)量以及產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性方面都得到了不同程度的提升，但大多數(shù)國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備相比仍存在一定差距，如在小劑量線性與重復(fù)性、射束軸位置、床的旋轉(zhuǎn)等中心等[16-17]方面。且目前已有的國產(chǎn)加速器射束均為均整模式，無法滿足臨床上日益增長的對高劑量率治療模式的需求。FFF模式下的超高劑量率可顯著縮短患者治療時間，提高治療效率，減小治療中患者位置的不確定性。本研究中的VenusX加速器能量為6 MV/FFF模式，填補(bǔ)了國產(chǎn)加速器在這一方面的空缺，有利于國產(chǎn)加速器非均整模式下相關(guān)調(diào)強(qiáng)照射技術(shù)的開展。

VenusX在很多方面與其他常規(guī)加速器存在差異。與傳統(tǒng)的C型臂加速器不同，VenusX的SAD為90 cm，這更有利于機(jī)械等中心較高精度的實(shí)現(xiàn)以及等中心處劑量率及射線質(zhì)的提高，但目前國內(nèi)外尚無針對90 cm SAD下射野劑量質(zhì)控的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需謹(jǐn)慎進(jìn)行。同時，為了留下更多的治療空間，機(jī)頭設(shè)計取消了光野燈，所以常規(guī)加速器質(zhì)控中常用的十字線由一對機(jī)頭激光燈（分別指示Cross-line和In-line平面）代替。這一設(shè)計無疑改變了常規(guī)依賴燈光野進(jìn)行質(zhì)控監(jiān)測項(xiàng)目的方式與方法，傳統(tǒng)設(shè)計中，十字線薄膜固定于機(jī)頭平面，對于光源、反光鏡以及膜片的整潔度等都有著較高的要求，并且需要對其位置精度進(jìn)行定期的測試與調(diào)整。而新式機(jī)頭激光燈的指示相較于十字線更清晰，調(diào)試過程也相對簡單高效，但是對于其指示中心與射束中心的一致性測試也提出了新的要求。

VenusX的束流系統(tǒng)采用6 MV/FFF單光子模式，配合雙層正交多野光柵實(shí)現(xiàn)較為高效的射束調(diào)制，但相較于常規(guī)鉛門結(jié)合多葉光柵的機(jī)頭設(shè)計對日常質(zhì)控工作提出了更高的要求，也勢必增加了質(zhì)控項(xiàng)目的復(fù)雜性，但其較為完善的EPID設(shè)計及較為集成的DVS質(zhì)控軟件較好的解決這個問題。已有研究證明EPID較好的空間分辨率和對比度分辨率的特點(diǎn)使其用于質(zhì)控具有可行性[18-21]，并且這一過程更加量化了光柵的質(zhì)控過程，相比于傳統(tǒng)MLC在光野燈下通過肉眼觀察其在坐標(biāo)紙上的投影以及常規(guī)的膠片測試方法更為精確高效，且集成化軟件設(shè)計方便了測試數(shù)據(jù)的保存與分析，為下一步的質(zhì)控與故障預(yù)測帶來可能。

綜上，多模態(tài)智能醫(yī)用直線加速器VenusX具備獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)頭設(shè)計，是首臺具有FFF模式的國產(chǎn)醫(yī)用加速器，在遵循嚴(yán)格的安裝和調(diào)試過程后通過驗(yàn)收，最終驗(yàn)收結(jié)果表明其設(shè)備安全性、精確性和有效性均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并滿足臨床要求。

致謝

感謝雷泰醫(yī)療關(guān)睿雪等工程技術(shù)人員提供的技術(shù)支持。