國(guó)產(chǎn)XHA1400加速器的劑量穩(wěn)定性測(cè)試

高文超，王軍良，楊林，解傳濱，戴相昆，曲寶林

中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院 a. 第五醫(yī)學(xué)中心放療科；b. 第一醫(yī)學(xué)中心放療科，北京 100853

引言

國(guó)產(chǎn)加速器的技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量可靠性及性能穩(wěn)定性等方面都取得了極大的進(jìn)步[1-4]。XHA1400是新華醫(yī)療采用最新技術(shù)推出的中能醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器，提供兩檔MV（兆伏）級(jí)X射線(xiàn)、四檔能量電子線(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)、適形、調(diào)強(qiáng)、影像引導(dǎo)等多種放療技術(shù)。本單位承擔(dān)國(guó)家十三重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，安裝了XHA1400型號(hào)最新配置的加速器，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口加速器性能的比較。關(guān)于XHA1400的機(jī)械性能測(cè)試已有相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道[5]，而對(duì)于輸出劑量長(zhǎng)期穩(wěn)定性這一重要測(cè)試指標(biāo)報(bào)道較少，本研究針對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，為臨床使用提供參考數(shù)據(jù)，并為同行的質(zhì)控工作提供依據(jù)。

本研究通過(guò)Daily QA3晨檢儀對(duì)XHA1400的劑量輸出相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目主要包括中心軸輸出劑量（Dose）、射野對(duì)稱(chēng)性（Axsym、Trsym）、射野平坦度（QAFlat）、射線(xiàn)能量（X-Energy、E-Energy）、射野大?。╔Size、YSize）及射野偏移（XShift、YShift）等參數(shù)，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為3個(gè)月。

1 材料與方法

1.1 材料和設(shè)備

XHA1400加速器，采用高效率密封式式駐波加速器，提供6 MV、10 MV兩檔X線(xiàn)，6、8、10、12 MeV四檔電子線(xiàn)；雙通道五區(qū)全密封劑量監(jiān)測(cè)電離室，確保劑量測(cè)量的準(zhǔn)確性；劑量率連續(xù)伺服：劑量計(jì)算方面用軟件計(jì)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)加速器的硬件處理電路，劑量率可保持不變，也可以連續(xù)可變，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)，平時(shí)出束劑量率設(shè)置為500 MU/min。

測(cè)量工具：Daily QA3晨檢儀總共有25個(gè)探測(cè)器(13個(gè)開(kāi)放式電離室及12個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器)，其電離室布局見(jiàn)圖1，其中CAX電離室用于檢測(cè)中心軸輸出劑量，CAX、T、B、L、R五個(gè)電離室用于檢測(cè)平坦度及對(duì)稱(chēng)性，eTL、eTR、eBL、eBR四個(gè)電離室用于檢測(cè)電子線(xiàn)能量，XTL、XTR、XBL、XBR四個(gè)電離室用于檢測(cè)X線(xiàn)能量，四周 12個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器（T1、T2、T3、B1、B2、B3、L1、L2、L3、R1、R2、R3）用于檢測(cè)光野一致性，即射野大小、射野偏移，可測(cè)量射野大小為20 cm×20 cm。

圖1 Daily QA3晨檢儀結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 檢測(cè)方法

按照XHA1400加速器操作規(guī)程，各個(gè)控制模塊初始化燈絲預(yù)熱15 min。按照XHA1400熱機(jī)要求，對(duì)每擋能量進(jìn)行檢測(cè)每檔出束200 MU，完成后，使用Daily QA3晨檢儀做檢測(cè)。使用晨檢儀前，對(duì)晨檢儀進(jìn)行校準(zhǔn)，建立被測(cè)加速器的baseline基線(xiàn)值。6 MV、10 MV X線(xiàn)射野大小采用20 cm×20 cm；6、8、10、12 MeV電子線(xiàn)采用20 cm×20 cm限光筒，源皮距（Source Skin Distance，SSD）為100 cm，機(jī)架角0°。晨檢儀置于治療床上，通過(guò)水平尺調(diào)平晨檢儀檢測(cè)平面，借助激光燈進(jìn)行擺位，光野與晨檢儀上的射線(xiàn)野對(duì)齊，見(jiàn)圖2。測(cè)量時(shí)，每擋能量出束100 MU，劑量率均設(shè)置為500 MU/min。

圖2 晨檢儀擺位和測(cè)量示意圖

1.3 數(shù)據(jù)采集及處理

本測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為3個(gè)月，每周一至周五早上熱機(jī)后進(jìn)行測(cè)試。此次測(cè)試分為兩個(gè)階段，第一階段測(cè)試約2個(gè)月左右，發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)質(zhì)偏離基線(xiàn)值較大，廠家更換電離室；第二階段為更換電離室后的檢測(cè)數(shù)據(jù)。晨檢儀各項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)偏差范圍設(shè)定如下：中心軸輸出劑量±3%、射野對(duì)稱(chēng)性±2%、射野平坦度±2%、射線(xiàn)能量±2%、射野大小±0.2 cm、射野偏移±0.2 cm。采用SPSS20.0軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，用（±s）形式表示計(jì)量資料。

2 結(jié)果

2.1 6 MV X線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果

6 MV X線(xiàn)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1和圖3。從第一階段（更換電離室前）檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，Dose、Txsym及X-Energy穩(wěn)定性要差于其他檢測(cè)參數(shù)穩(wěn)定性，其中Txsym、X-Energy均有超過(guò)其允許誤差上限，Txsym、X-Energy穩(wěn)定性最大偏差分別為2.61%（超過(guò)上限值2%）、4.68%（超過(guò)上限值2%）；第二階段（更換電離室后）檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示Txsym、X-Energy穩(wěn)定性恢復(fù)正常，其他參數(shù)也均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)。

表1 6 MVX線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

2.2 10 MV X線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果

10 MV X線(xiàn)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2和圖4。從第一階段（更換電離室前）檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，Dose、Txsym及X-Energy穩(wěn)定性要差于其他檢測(cè)參數(shù)穩(wěn)定性，其中Txsym、X-Energy均有超過(guò)其允許誤差上限，Txsym、X-Energy穩(wěn)定性最大偏差分別為2.46%（超過(guò)上限值2%）、3.65%（超過(guò)上限值2%）；第二階段（更換電離室后）檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示Txsym、X-Energy穩(wěn)定性恢復(fù)正常，其他參數(shù)也均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)。

表2 10 MV X線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖4 10 MV X線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

2.3 6MeV電-子線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果

6 MeV電子線(xiàn)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3和圖5。從第一階段（更換電離室前）檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，Dose、Txsym及X-Energy穩(wěn)定性要差于其他檢測(cè)參數(shù)穩(wěn)定性，其中Dose、Txsym、X-Energy穩(wěn)定性最大偏差分別為-2.78%、1.59%、1.89%，但偏差均在允許范圍內(nèi)波動(dòng)；第二階段（更換電離室后）檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，Dose、Txsym及X-Energy穩(wěn)定性提升，其他參數(shù)也均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)。

表3 6 MeV電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖5 6 MeV電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

2.4 8 MeV電子線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果

8 MeV電子線(xiàn)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4和圖6。從第一階段（更換電離室前）檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，Dose、Txsym穩(wěn)定性要差于其他檢測(cè)參數(shù)穩(wěn)定性，其中Dose、Txsym穩(wěn)定性最大偏差分別為-3.10%（超過(guò)下限值3%）、1.91%；第二階段（更換電離室后）檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，Dose、Txsym穩(wěn)定性提升，其他參數(shù)也均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)。

表4 8 MeV電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖6 8 MeV 電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

2.5 10 MeV電子線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果

10 MeV電子線(xiàn)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5和圖7。從第一階段（更換電離室前）檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，Dose、Txsym穩(wěn)定性要差于其他檢測(cè)參數(shù)穩(wěn)定性，其中Dose、Txsym穩(wěn)定性最大偏差分別為-2.80%、1.92%，但均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)；第二階段（更換電離室后）檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，Dose、Txsym穩(wěn)定性提升，其他參數(shù)也均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)。

表5 10 MeV電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖7 10 MeV 電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

2.6 12 MeV電子線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果

12 MeV電子線(xiàn)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6和圖8。從第一階段（更換電離室前）檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，Dose、Txsym穩(wěn)定性要差于其他檢測(cè)參數(shù)穩(wěn)定性，其中Dose、Txsym穩(wěn)定性最大偏差分別為-2.72%、2.00%，但均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)；第二階段（更換電離室后）檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，Dose、Txsym穩(wěn)定性提升，其他參數(shù)也均在偏差允許范圍內(nèi)波動(dòng)。

表6 12 MeV電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

圖8 12 MeV 電子線(xiàn)各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

放射治療的根本目的在于對(duì)腫瘤區(qū)域給予盡可能高的放射劑量，提高腫瘤局控率，同時(shí)盡可能降低危及器官的受照劑量，較少并發(fā)癥[6-7]。醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器是腫瘤放射治療中主要設(shè)備之一，其性能穩(wěn)定性直接影響患者治療效果[8-9]。因此日常對(duì)醫(yī)用直線(xiàn)加速器性能穩(wěn)定性的質(zhì)量檢測(cè)是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。我院于2019年安裝國(guó)產(chǎn)醫(yī)用加速器XHA1400，它是新華醫(yī)療推出的全數(shù)字化中能加速器，目前國(guó)內(nèi)已有70多家醫(yī)院安裝并應(yīng)用于臨床放射治療中，關(guān)于XHA1400性能測(cè)試內(nèi)容報(bào)道主要集中在X射線(xiàn)劑量線(xiàn)性、重復(fù)性、日穩(wěn)定性、周穩(wěn)定性以及機(jī)械精度等方面[5]，而關(guān)于各檔能量的劑量輸出長(zhǎng)期穩(wěn)定性未做相關(guān)報(bào)道，本研究使用Daily QA3晨檢儀進(jìn)行連續(xù)3個(gè)月的質(zhì)量檢測(cè)，為臨床應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。

本次檢測(cè)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，各檔射線(xiàn)的輸出劑量Dose，除8 MeV電子線(xiàn)的日穩(wěn)定性最大偏差出現(xiàn)過(guò)一次超±3%以外（偏差為-3.10%，超出后并未對(duì)此擋劑量進(jìn)行校準(zhǔn)），其他各檔均不超過(guò)AAPM TG142報(bào)告日檢推薦的±3%[10]，說(shuō)明XHA1400的劑量輸出Dose能夠處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。從圖3～4中可以看出，盡管輸出劑量Dose穩(wěn)定性在允許范圍內(nèi)，但6 MV、10 MV X線(xiàn)射線(xiàn)能量X-Energy的穩(wěn)定性差，最大偏差達(dá)4.86%（6 MV）、3.65%（10 MV），且射線(xiàn)對(duì)稱(chēng)性Txsym隨X-Energy出現(xiàn)同步波動(dòng)現(xiàn)象，筆者懷疑該加速器存在一定的安全隱患，經(jīng)物理師和新華廠家工程師嚴(yán)格檢測(cè)后確定為檢測(cè)電離室內(nèi)部部分模塊故障，更換檢測(cè)電離室后，6 MV、10 MV X線(xiàn)能量X-Energy及射線(xiàn)對(duì)稱(chēng)性Txsym均恢復(fù)正常。此現(xiàn)象說(shuō)明：即使醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器的輸出劑量Dose穩(wěn)定性偏差在允許的±3%范圍內(nèi)，也不能保證機(jī)器性能穩(wěn)定；晨檢儀作為檢測(cè)直線(xiàn)加速器基本劑量學(xué)參數(shù)的一體化集成設(shè)備，對(duì)于檢測(cè)加速器輸出性能穩(wěn)定性是非常重要的[11-14]；此次檢測(cè)電離室故障，分析原因可能是機(jī)房濕度較大（檢測(cè)時(shí)間為7、8、9月，濕度較大）導(dǎo)致電離室受潮損壞；在連續(xù)的3個(gè)月測(cè)量中，筆者還發(fā)現(xiàn)不同檔位射線(xiàn)的同一參數(shù)偏差變化具有相似的浮動(dòng)趨勢(shì)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象與相同檢測(cè)電離室的偏差[15-16]及同次擺位包含的隨機(jī)誤差等相關(guān)。

由于新華加速器要求每天下班后，所有電源都需斷開(kāi)，因此早晨進(jìn)行晨檢儀測(cè)量前，都需重啟內(nèi)循環(huán)水機(jī)組、穩(wěn)壓柜及加速器內(nèi)部機(jī)組等電源，為了使機(jī)器各個(gè)部件的溫度達(dá)到工作要求，保證輸出性能的穩(wěn)定性，需對(duì)加速器進(jìn)行晨檢預(yù)熱。本次實(shí)驗(yàn)是在加速器所有模塊初始化、燈絲預(yù)熱15 min后，按照晨檢要求對(duì)各檔能量進(jìn)行200 MU劑量出束。晨檢結(jié)束后，使用Daily QA3晨檢儀進(jìn)行各檔射線(xiàn)輸出穩(wěn)定性檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，各檔射線(xiàn)的輸出劑量Dose穩(wěn)定性偏差雖然在±3%范圍內(nèi)，但幾乎所有偏差均分布于0～-3.00%之間，即均在晨檢儀設(shè)置的基準(zhǔn)值以下，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因主要是晨檢出束跳數(shù)（200 MU）不夠，導(dǎo)致機(jī)器預(yù)熱不充分，而晨檢儀基準(zhǔn)值是在加速器各檔射線(xiàn)絕對(duì)劑量進(jìn)行校準(zhǔn)后設(shè)置的，即在大劑量出束后設(shè)置的晨檢儀基準(zhǔn)值，有研究報(bào)道指出醫(yī)用國(guó)產(chǎn)加速器早晚絕對(duì)劑量輸出偏差在±3%以?xún)?nèi)[17]。因此，在患者行放射治療前為保證機(jī)器預(yù)熱充分，建議增加出束跳數(shù)，在晨檢模式要求的200 MU條件下，每檔射線(xiàn)再多出500 MU，以保證機(jī)器輸出性能穩(wěn)定性。

綜上所述，XHA1400在更換電離室后具有良好的劑量輸出穩(wěn)定性，能夠滿(mǎn)足臨床應(yīng)用需求。醫(yī)用加速器輸出性能穩(wěn)定性是保證患者放療臨床效果的關(guān)鍵，每次放療前使用晨檢儀對(duì)加速器進(jìn)行日常檢測(cè)工作是有必要的。本研究的局限性在于只對(duì)我院的國(guó)產(chǎn)XHA1400加速器的劑量輸出結(jié)果進(jìn)行分析，不能直接反應(yīng)新華其他型號(hào)加速器劑量輸出的穩(wěn)定性表現(xiàn)。隨著國(guó)產(chǎn)加速器技術(shù)、質(zhì)量、性?xún)r(jià)比的提升，越來(lái)越多醫(yī)院開(kāi)始購(gòu)買(mǎi)國(guó)產(chǎn)加速器，接下來(lái)我們將對(duì)XHA1400的EPID、CBCT圖像引導(dǎo)等方面進(jìn)行檢測(cè)研究，以供其他醫(yī)院參考借鑒。