醫(yī)用直線加速器等中心定位系統(tǒng)的質(zhì)量控制方法

黃云杰

福建省醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院·福建省腫瘤醫(yī)院 （福建福州 350014）

醫(yī)用直線加速器是一種用于腫瘤放射治療的重要醫(yī)用設(shè)備。目前，市面上主流的醫(yī)用直線加速器，無論是瓦里安、醫(yī)科達(dá)等進(jìn)口品牌，還是聯(lián)影、新華等國(guó)產(chǎn)品牌，基本都是以等中心原理設(shè)計(jì)的。醫(yī)用直線加速器的等中心精確度對(duì)于放射治療的準(zhǔn)確度非常重要[1-2]，而用于放射治療時(shí)擺位參考的等中心定位指示系統(tǒng)的精確度亦非常重要，需要定期嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量控制檢測(cè)。

以往的一些關(guān)于醫(yī)用直線加速器等中心質(zhì)量控制的研究，僅介紹了對(duì)激光燈的檢測(cè)與調(diào)整方法，其中，檢測(cè)工具通常采用設(shè)備自帶的前指針，方法通常參考設(shè)備安裝時(shí)的調(diào)整步驟[3-6]。然而，實(shí)際上醫(yī)用直線加速器用來指示定位等中心的裝置不僅僅是激光燈，還包括準(zhǔn)直器的光野十字線、指示源皮距的光矩尺，以及圍繞等中心旋轉(zhuǎn)的機(jī)架、準(zhǔn)直器等運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。我們總結(jié)多年從事加速器質(zhì)量控制工作的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在做等中心指示精確度的質(zhì)量控制時(shí)，應(yīng)將上述定位裝置作為一個(gè)系統(tǒng)來檢測(cè)，且應(yīng)有嚴(yán)格的先后參考順序。因此本研究采用的檢測(cè)裝置不使用針尖比較粗（通?！? mm）的前指針，且考慮到設(shè)備長(zhǎng)期使用磨損、機(jī)房環(huán)境改變等因素的影響，歸納的檢測(cè)與調(diào)整方法也與裝機(jī)時(shí)比較煩瑣的調(diào)整方法有所不同，而是考慮應(yīng)用使用中的設(shè)備，且等中心的定位指示應(yīng)更多地契合輻射束的中心軸。

1 檢測(cè)與調(diào)整方法

本研究描述的機(jī)架、準(zhǔn)直器角度、空間方位等檢測(cè)與調(diào)整方法均基于放射治療設(shè)備坐標(biāo)系IEC61217，先通過檢測(cè)和調(diào)整找出X、Y 軸平面上的等中心點(diǎn)位置，再確定Z 軸上的等中心點(diǎn)位置。為保證準(zhǔn)確度，完整的檢測(cè)流程建議參考以下順序進(jìn)行。

1.1 機(jī)架角度指示準(zhǔn)確度的檢測(cè)

由于后續(xù)有多項(xiàng)測(cè)試需要機(jī)架在準(zhǔn)確的0°、90°、270°等角度完成，因此，先進(jìn)行機(jī)架角度的準(zhǔn)確度檢測(cè)。檢測(cè)方法較簡(jiǎn)單，即使用精度高于0.5 mm/m的水平尺，將其平整地貼合在準(zhǔn)直器可靠的測(cè)量面上，調(diào)整機(jī)架角度使氣泡在刻度線以內(nèi)居中，即可保證機(jī)架角度誤差范圍在0.05°以內(nèi)，然后檢測(cè)加速器上針對(duì)機(jī)架角度的指示是否準(zhǔn)確，指示誤差應(yīng)校準(zhǔn)到小于0.1°。

1.2 光野垂直度的檢測(cè)與調(diào)整

當(dāng)設(shè)計(jì)、安裝良好的加速器機(jī)架置于0°時(shí)，燈光野中心軸應(yīng)有良好的垂直度。不同加速器燈光源位置的設(shè)計(jì)有所不同。醫(yī)科達(dá)多款型號(hào)加速器的燈光源均是裝在準(zhǔn)直器的光學(xué)組件上，跟隨準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)；而瓦里安TrueBeam 的燈光源是安裝在機(jī)頭內(nèi)，不隨準(zhǔn)直器轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，針對(duì)兩個(gè)品牌加速器的光野垂直度檢測(cè)方法略有不同。針對(duì)醫(yī)科達(dá)加速器的光野垂直度檢測(cè)采用機(jī)頭外的參考物（如固定在床面上的圓孔板），通過觀察投影移動(dòng)情況，調(diào)整反光透鏡的3個(gè)角度調(diào)節(jié)螺釘；針對(duì)瓦里安加速器的光野垂直度檢測(cè)可采用掛在準(zhǔn)直器上的電子限光筒，通過觀察十字膜的交叉點(diǎn)投影，直接調(diào)整光源位置；當(dāng)調(diào)整至投影的180°旋轉(zhuǎn)移動(dòng)誤差不超過0.5 mm 時(shí)，即可保證光野垂直度誤差在0.05°以內(nèi)。

1.3 光野十字線位置準(zhǔn)確度的檢測(cè)與調(diào)整

針對(duì)光野十字線的位置準(zhǔn)確度，不僅僅是檢測(cè)交叉點(diǎn)是否與準(zhǔn)直器的旋轉(zhuǎn)軸重合，還應(yīng)檢測(cè)X、Y 軸方向的兩根線與多葉光柵、鎢門的邊緣是否平行。檢測(cè)方法：將機(jī)架置于0°，利用限束裝置打開方形射野或檢測(cè)十字線專用的十字形射野，將治療床面置于近似等中心高度即可；先將準(zhǔn)直器置于90°，在床面上用平整的坐標(biāo)紙刻度線對(duì)齊十字線和交叉點(diǎn)投影，并固定好坐標(biāo)紙防止其移動(dòng)，此時(shí)可先檢測(cè)十字形與多葉光柵、鎢門的平行度，然后旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器至270°，觀察交叉點(diǎn)和坐標(biāo)紙參考點(diǎn)的誤差，若誤差大于0.5 mm，則應(yīng)細(xì)微對(duì)半平移、旋轉(zhuǎn)調(diào)整十字線膜片，然后重復(fù)以上檢測(cè)步驟。當(dāng)達(dá)到最大射野面積時(shí)，十字線與多葉光柵、鎢門的邊緣平行度誤差應(yīng)小于1 mm。

1.4 光野射野一致性的檢測(cè)

本次研究的質(zhì)量控制方法是基于加速器等中心定位系統(tǒng)應(yīng)更準(zhǔn)確地指示出輻射束軸位置的理念，因此，光野射野保持良好的重合性尤為重要，只有保證光野能夠準(zhǔn)確地模擬出輻射野的大小和位置，后續(xù)的一系列檢測(cè)和調(diào)整才能以光野作為可靠的參考。

針對(duì)光野射野一致性的檢測(cè)是通過利用顯影精度很高的X 線攝影膠片測(cè)算出射野與光野之間的誤差，誤差應(yīng)小于1 mm。此項(xiàng)檢測(cè)應(yīng)完成加速器配置的所有X 線能量的測(cè)試，并可選擇多個(gè)不同大小的射野進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證不同能量、不同射野面積時(shí)的光野射野重合性良好。若超出誤差，則須由有經(jīng)驗(yàn)的工程師綜合調(diào)試靶位置、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等束流伺服，并用水箱等工具完整測(cè)量射野均整度、對(duì)稱性等射線質(zhì)量指標(biāo)（調(diào)試方法較復(fù)雜，此處不作詳細(xì)描述）。

1.5 準(zhǔn)直器角度指示準(zhǔn)確度的檢測(cè)與調(diào)整

在針對(duì)上述幾項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)試中，暫不需要確保準(zhǔn)直器的角度指示精確，但后續(xù)檢測(cè)、調(diào)整激光燈的步驟則需要確保準(zhǔn)直器的角度精確?，F(xiàn)介紹一種既簡(jiǎn)便又有較高精確度的檢測(cè)與調(diào)整方法：將機(jī)架置于0°，準(zhǔn)直器置于0°或90°，限束裝置開到最大射野，在地面上貼紙膠布標(biāo)記出與機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸垂直的光野十字線的兩端投影，順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)機(jī)架約30°，觀察轉(zhuǎn)機(jī)架過程中投影線與標(biāo)記點(diǎn)的重合情況，若不重合，則微調(diào)準(zhǔn)直器角度并重新畫標(biāo)記點(diǎn)，直至轉(zhuǎn)動(dòng)過程中投影線與標(biāo)記點(diǎn)完全重合，此時(shí)準(zhǔn)直器所處角度即為準(zhǔn)確的0°或90°。加速器上準(zhǔn)直器角度的指示誤差應(yīng)校準(zhǔn)到小于0.1°。

1.6 激光燈的檢測(cè)與調(diào)整

檢測(cè)激光燈指示的位置是否精確，首先需要在空間中找出準(zhǔn)確的等中心點(diǎn)。上述檢測(cè)與調(diào)整方法已經(jīng)幫助我們確定出X、Y 軸平面上等中心點(diǎn)的位置，現(xiàn)需確定Z 軸（即垂直方向）上等中心點(diǎn)的位置。具體方法：在治療床面上固定放置一根針尖直徑小于0.5 mm 的指針，機(jī)架置于0°時(shí)，將針尖與光野十字線交叉點(diǎn)的投影重合，并將針尖的高度參考當(dāng)前的激光燈指示置于近似等中心點(diǎn)位置，然后順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)機(jī)架約45°，觀察轉(zhuǎn)機(jī)架過程中針尖與十字線交叉點(diǎn)的投影是否重合，若不重合，則通過升降治療床的高度微調(diào)針尖的位置，直至旋轉(zhuǎn)機(jī)架時(shí)兩個(gè)點(diǎn)投影完全重合，針尖此時(shí)所處的位置即準(zhǔn)確的等中心點(diǎn)位。

待找到準(zhǔn)確的等中心點(diǎn)位置后，不僅需檢測(cè)各方向激光燈垂直線、水平線在等中心點(diǎn)位置的指示精確度，還需檢測(cè)在治療范圍內(nèi)各激光線的重合度、旋轉(zhuǎn)度。當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，激光燈的調(diào)整順序一般為：先調(diào)整機(jī)房左右兩側(cè)的激光燈，然后調(diào)整機(jī)房頂上的激光燈和治療床尾的縱向激光燈。在調(diào)整機(jī)房左右兩側(cè)的激光燈時(shí)，先調(diào)整垂直線燈源和水平線燈源的傾斜角度，通過調(diào)整傾斜角度，使一側(cè)的激光線投射到對(duì)側(cè)的激光燈源上，如此調(diào)整后兩側(cè)的垂直和水平激光均會(huì)在機(jī)房空間范圍內(nèi)有良好的重合性，然后分別將機(jī)架轉(zhuǎn)至90°和270°，參考已校正過的光野十字線來調(diào)整兩側(cè)激光垂直線和水平線的旋轉(zhuǎn)，與十字線重合即可，最后通過平移調(diào)整，將兩側(cè)激光線與指示等中心點(diǎn)的針尖對(duì)齊。對(duì)于機(jī)房頂上的激光燈與治療床尾的縱向激光燈，調(diào)整步驟順序同上。

1.7 光矩尺的檢測(cè)

光距尺經(jīng)常被用在質(zhì)量驗(yàn)證模體擺位時(shí)指示入射面的源皮距，亦是較重要的指示等中心高度的定位裝置。待“1.6”中用針尖找出準(zhǔn)確的等中心點(diǎn)位置后，即可檢測(cè)光距尺在源皮距=100 cm 位置的準(zhǔn)確度，在等中心點(diǎn)位置的指示誤差應(yīng)小于1 mm。對(duì)于其他位置的檢測(cè)，可使用卷尺測(cè)量針尖或床面的升降距離，對(duì)照光距尺的指示變化是否準(zhǔn)確，其他位置的指示誤差應(yīng)小于2 mm。

2 實(shí)際應(yīng)用

采用上述方法檢測(cè)、調(diào)整的等中心定位系統(tǒng)，對(duì)于醫(yī)科達(dá)加速器，可利用Ball-Bearing 模體和Flexmap 軟件功能，對(duì)于瓦里安加速器，可利用ISOCAL 模體和MPC 軟件功能，且有研究表明，以上方法均可用于驗(yàn)證加速器的等中心定位精確度，且結(jié)果可靠[7-9]。實(shí)際應(yīng)用情況如下。

2.1 設(shè)備與材料

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為我院安裝的醫(yī)科達(dá)Axesse 與瓦里安TrueBeam 加速器，以及LAP ASTOR 型和LAP APOLLO 型加速器專用定位激光燈。

檢測(cè)材料包括高精度水平尺、1 mm 方格坐標(biāo)紙、尖端直徑小于0.5 mm 的直型指針、免沖洗膠片、卷尺等。

2.2 驗(yàn)證方法

利用檢測(cè)、調(diào)整好的等中心定位系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)測(cè)試模體上的參考刻度線擺位，并按照軟件操作要求完成MV 和kV 影像照射，軟件會(huì)根據(jù)獲取的影像自動(dòng)計(jì)算出模體擺位的位置與射束中心的誤差。

2.3 驗(yàn)證結(jié)果

多次測(cè)試結(jié)果顯示，醫(yī)科達(dá)Axesse 加速器定位指示精確度誤差可被控制在0.7 mm 以內(nèi)（圖1），瓦里安TrueBeam 加速器定位指示精確度誤差可被控制在0.5 mm 以內(nèi)（圖2），表明將本研究所述方法用來檢測(cè)、調(diào)整等中心定位系統(tǒng)可獲得較高的精確度。

圖1 醫(yī)科達(dá)Axesse 加速器等中心指示精確度的測(cè)試結(jié)果

圖2 瓦里安TrueBeam 加速器等中心指示精確度的測(cè)試結(jié)果

3 討論

關(guān)于等中心定位系統(tǒng)的檢測(cè)周期和誤差，我們可以參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也可以根據(jù)設(shè)備性能和醫(yī)院實(shí)際需要，適當(dāng)提高。例如，本研究各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)要求大部分高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；各項(xiàng)檢測(cè)周期，除了穩(wěn)定性較好的光野射野一致性檢測(cè)可每季度或半年進(jìn)行1次，其余項(xiàng)目每周進(jìn)行1次。

檢測(cè)所使用的材料與方法，各有不同，且各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，使用前指針尋找等中心點(diǎn)的方法，由于前指針的針尖較粗，指示的點(diǎn)不可能很精確，加之前指針結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，稍微磕碰即有可能造成指示不準(zhǔn)，因此，每次使用前需先檢測(cè)前指針的精確度，增加了工作量；使用裝機(jī)時(shí)調(diào)整激光燈的方法，一般追求激光燈水平線與垂直線的絕對(duì)水平與垂直，相對(duì)煩瑣，此種方法適用于新設(shè)備，但對(duì)于舊設(shè)備，由于長(zhǎng)期使用機(jī)械磨損等問題，激光燈并不需要絕對(duì)水平與垂直，應(yīng)更多地契合光野十字線（輻射束軸）。

本研究所使用的均為常用、容易獲取的設(shè)備和材料，無需購(gòu)買昂貴的專用檢測(cè)設(shè)備，成本較低且能保證精確度較高；總結(jié)出的方法明確了各項(xiàng)目檢測(cè)調(diào)整的先后參考順序。依據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)，若各項(xiàng)目的檢測(cè)順序不正確，則有可能造成檢測(cè)結(jié)果不正確，或需要多次反復(fù)調(diào)整，影響效率。本研究所述方法經(jīng)實(shí)踐證明達(dá)到了較高的調(diào)整精確度，希望能夠?yàn)闃I(yè)內(nèi)同行從事該項(xiàng)工作提供參考。