基于Synergy加速器微光刀立體定向放射治療系統的性能測試

滑鵬，解傳濱，陳高翔，戴相昆，牛保龍，申紅峰，葛瑞剛，徐壽平，曲寶林

中國人民解放軍總醫院 第一醫學中心 放射治療科，北京 100853

引言

隨著放射治療設備和技術的發展，國產醫用加速器在技術質量以及產品的一致性和穩定性方面都得到了不同程度的提升，但與進口設備相比還存在一定差距[1]。立體定向放療技術（Stereotactic Radiotherapy，SRT）以單次劑量高、分次少、劑量梯度大等特點在臨床上被廣泛應用[2-4]，同時也對治療精度提出了更高的要求，因此絕大多數還是在較為先進的進口直線加速器上實施[5-6]。微光刀立體定向放射治療系統（Dual Camera 2 mm Stereotactic Radiosurgery，D2SRS）是蘇州雷泰醫療科技有限公司（LinaTech）自主研發的一套精確放療系統，它以醫用直線加速器為輻射源，配置立體定向多葉光柵系統（Multi-Leaf Collimator，MLC）、影像引導系統（Electronic Portal Imaging Device，EPID）、治療計劃系統（Therapy Plan System，TPS），利用加速器治療平臺實現SRT[7]。本文通過對Synergy加速器的機械性能進行測試，判斷加速器現有狀態在符合相關國家規定與行業標準的前提下，是否滿足D2SRS系統與相關放射治療技術的使用條件。同時對D2SRS各系統分別進行測試，確定其臨床實施的可靠性和準確性。

1 材料和設備

Synergy直線加速器：瑞典醫科達公司，內置40對多葉光柵，最大射野21 cm×16 cm；D2SRS系統：LinaTech公司；測量儀器包括PTW UNIDOS劑量儀、PTW-30013指型電離室；掃描設備：IBA blue phantom三維水箱，CC13指型電離室及其配套分析軟件；其他設備包括氣壓計、溫度計、RW3 固體水、ArcCheck模體、IQC驗證模體及DVS質控分析軟件。

2 測試項目與方法

2.1 加速器性能測試

根據GB15213-2016以及AAPM TG-142相關建議[8-10]，同時參考Elekta廠商測試方法，對Synergy加速器性能進行驗證測試，主要包括機械性能及輸出劑量的測試與驗證。

2.1.1 機械性能

主要包括機架，小機頭，鎢門、激光燈、十字線、治療床等。其中十字線中心、機架等中心旋轉、機架角度指示器、小機頭等中心旋轉、小機頭角度指示器分無外掛MLC和外掛MLC兩部分進行測試。

（1）機架等中心旋轉。采用DVS方法，測試時DVS選擇Gantry Rtn測試項，開啟EPID等硬件；在治療床上放置IQC模體，將Marker1點及輔助線與等中心對齊，保證Marker1點位于等中心位置。分別在機架角度為15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°和180°條件下，加速器出束1MU，采集圖像；分別對圖像進行驗證分析。

（2）小機頭等中心旋轉。將機架和小機頭均設為0，射野開至20 cm×0.5 cm。在DVS中選擇小機頭等中心旋轉測試，選擇0，加速器出束1MU，采集圖像，繼而以相同方法分別調整小機頭于15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°和 180°條件下采集圖像。最后完成QC計算分析。

（3）機架角度指示器。分別在機架0°、90°、180°和270°條件下，在機頭平面放置水平，微調水平，讀取加速器讀數。

（4）小機頭角度指示器。使用水平儀分別對小機頭0°、45°、90°和270°的實際值與電子顯示值做比較。

（5）距離顯示器。距離顯示器（光矩尺）作為標示SSD的主要工具，保證其準確是后續驗證、治療的基礎。測試時將機架與小機頭設為0，在SSD=100 cm條件下，在治療床上放置坐標紙，插入前指針，指針接觸坐標紙，讀數記錄；并分別在SSD=90 cm和SSD=110 cm時記錄。

（6）光野/射野一致性。測試采用EPID及DVS軟件，選擇光野/射野一致性測試項，選擇6 cm×6 cm，將加速器射野同樣打開至這個大小，出束1 MU，完成DVS信號采集；同樣方法采集 8 cm×8 cm，10 cm×10 cm，15 cm×15 cm 的圖像；通過軟件分析，給出結果。

（7）十字線中心。將機架和小機頭角度均設為0，治療床升至等中心位置；在床面放置坐標紙，標記十字線中心點位置；旋轉小機頭分別置于0°、90°、180°和270°，記錄中心點偏差。

（8）床位置指示。在機架、小機頭、治療床皆為0的情況下，在通過床面平鋪坐標紙，通過前后、左右移動治療床，記錄加速器讀數與坐標紙讀數來監測治療床LNG、LAT兩個方向的位置指示，而VRT則通過豎直擺放坐標紙的方式完成。床的旋轉角度檢查則在機架、小機頭、治療床為0情況下，檢查床前端面與光野邊緣或十字線是否重合，在調整重合后，在床面放置坐標紙，并與十字線重合，旋轉床在90°、180°和270°，在十字線與坐標紙重合情況下記錄床位置讀數。

2.1.2 劑量檢測

（1）光子線射線質一致性測定。將機架和小機頭角度設置為 0，SSD=100 cm，射野大小為 10.4 cm×9.6 cm，利用PTW公司的三維水箱測量6 MV光子線的百分深度曲線（PDD），并利用分析軟件讀出其20 cm和10 cm處的吸收劑量比值（TPR20，10），連續3次測量偏差＜2%。

（2）射線的平坦度和對稱性測試。將機架和小機頭角度置于 0，SSD=100 cm，射野大小為 10.4 cm×9.6 cm，利用三維水箱測量6 MV光子線在水下10 cm處的離軸比曲線；讀出其平坦度和對稱性數值。

（3）X線輸出劑量的穩定性。將機架和小機頭設置為0，在SSD=100 cm條件下，采用0.6 cc電離室在固體水組合下5 cm，將電離室放于中心軸上，在10.4 cm×9.6 cm標準射野條件下加速器出束100 MU，劑量儀讀數與基數進行比較。

2.2 D2SRS驗收測試

D2SRS系統測試與驗收主要針對MLC、EPID及TPS的劑量部分。

2.2.1 MLC驗收測試

（1）MLC與加速器中心的重合度測試。將機架轉到180°，將外掛MLC通過適配器與加速器固定，打開光野燈，在控制軟件中點擊按鈕“Cross”，MLC會自動形成十字野；將毫米刻度紙放置在MLC外殼表面，觀察加速器的黑十字是否在十字野中心。將機架轉到0，打開光野燈，將毫米刻度紙放置在等中心平面，觀察加速器的黑十字與十字野中心的偏差。

（2）MLC位置精度驗證。從計劃系統中輸出一個不規則MLC文件，并打印其等中心平面圖。在MLC控制程序中運行該文件，得到光野形狀并與打印出來的圖形相對比。使用 DVS 中 Leaf Position Accuracy測試，通過 TPS 設計MLC窄縫2 mm，間隔走位2 cm的計劃，采集對應圖像；配置DVS相關MLC葉片信息后，分析結果，驗證走位精度。

（3）MLC葉片透射驗證。將機架和小機頭設置為0，使用DVS 中 MLC Transmission測試，射野設置 12 cm×12 cm，分別在MLC閉合與MLC打開的狀態下出束1 MU；并重復測量3次，取平均值。

2.2.2 EPID驗收測試

主要對EPID成像板性能進行驗證，每項測試均是在機架和小機頭均設為0，最大射野條件下，將IQC模體放置于影像板上并與加速器中心對齊，出束1 MU，通過DVS軟件中不同測試模塊進行評測。

（1）圖像低對比度分辨率。使用DVS中Low Contrast Resolution測試，讀取iQC驗證模體成像中各低對比度分辨率驗證配件區域所觀察到的孔的個數，要求總數大于17個。

（2）圖像空間分辨率。使用DVS中Spatial Resolution測試；選擇能夠觀察到頻率最高的線對，要求大于0.6l p/mm。

（3）圖像SNR。使用DVS中SNR測試；重復3次測試；點擊QA，分析結果。要求大于34 dB。

2.2.3 TPS驗收測試

2.2.3.1 機械設置驗證

包括大機架、小機頭、MLC、治療床的設置驗證，驗證各單元是否準確執行TPS的機械參數設置。設計不同機架、小機頭、治療床角度以及不同射野大小的獨立驗證計劃，將計劃結果與加速器實際執行情況進行對比。

2.2.3.2 劑量驗證

（1）方野點劑量驗證。在標準模體上制定多個不同大小方野計劃，單次單野200 MU，SSD=100，計算統計水下5 cm位置處，各個射野貢獻的劑量；使用劑量儀采集上述射野的測量值并與計算值進行比對安裝外掛MLC后，重復上述步驟，其中開野通過外掛MLC葉片來形成。

（2）IMRT QA。制定5例5至9野動態調強計劃，處方劑量為60 Gy/30F；采用ArcCheck模體對各計劃進行劑量驗證，要求Gamma通過率（3，3%）高于90%。

3 結果

加速器性能測試結果，見表1。結果表明該加速器當前狀態各參數指標均符合國家標準。在機械檢測中光野/射野一致性測試平均為1.0 mm，在10 cm×10 cm射野時最大偏離1.1 mm。在機架及小機頭等中心旋轉測試中，在150°機架時偏離基線最大（0.9 mm），在30°小機頭角度時偏離基線最大（0.8 mm），但均在允許范圍之內，其分析結果如圖1所示。外掛MLC并未對其精度未產生影響，且在外掛MLC后機架等中心旋轉有明顯改善的趨勢。

D2SRS系統測試結果，見表2。外掛MLC的測試各參數精準度均在要求范圍之內，MLC與加速器中心無偏差，位置精度驗證中在（-5,-3）位置偏差最大為0.7 mm。

表1 Synergy加速器性能測試結果

圖1 機架等中心（a）及小機頭等中心（b）測試分析圖示

表2 D2SRS驗收相關參數測試結果

4 討論

研究表明，MLC葉片寬度的減小能夠顯著提高處方劑量與靶區的適形度和劑量跌落梯度，使其有效實施SRT成為可能[11-12]，但由于技術的限制，很多加速器機型內置MLC的寬度多在0.5～1 cm。LinaTech公司研制的D2SRS系統具有2 mm的等中心葉片寬度，相較于常規加速器具有顯著的劑量優勢[13]。劉朝興等[14]研究顯示，相較于Elekta 10 mm MLC 治療計劃，D2SRS 在早期非小細胞肺癌的SRT中具有獨特的優勢，可以進一步改善靶區劑量分布，降低正常組織受量。彭倩等[15]對D2SRS系統做了劑量學測試，結果表明，D2SRS 針對一些特定腫瘤，其劑量計算結果和驗證結果均能達到同類型設備國際水平。作為SRT設備，其可靠性及安全性評價至關重要[16]，而臨床應用前的驗收測試則是其有效開展臨床應用的有力保證。目前關于驗收測試的相關研究大多都針對常規加速器[17-18]，而對于以D2SRS為代表的基于常規加速器SRT系統的驗收測試卻鮮有報道。

該研究中Synergy加速器于2007年裝機，日均患者承載量為60人次。通過對其機械性能進行測試，發現運行狀況良好，各機械參數均符合相關國家規定與行業標準，滿足D2SRS系統與相關放射治療技術的使用條件。為驗證外掛MLC是否會對加速器機械精度產生影響，測試過程中針對十字線中心、機架等中心旋轉、機架角度指示器、小機頭等中心旋轉、小機頭角度指示器等項目，在完成加速器自身測試的同時還進行了外掛MLC后的測試。測試結果表明，外掛MLC并未對加速器精度產生影響。

EPID作為加速器成像單元具有較好的機械穩定性及劑量響應線性[19]，且其使用方便、重復性好、效率較高，可作為加速器常規質控的手段[20]，本研究在D2SRS系統的機械性能及劑量學測試中較多的應用了EPID方法，結合DVS軟件對測試結果進行分析，極大地簡化了測試流程。對于其功能的進一步開發及在加速器系統質控中的應用將作為后續研究的重點。

總之，對加速器現有狀態及D2SRS各系統測試結果總體滿足臨床要求，在做好日常質量控制的基礎上可用于患者治療。

致謝

感謝蘇州雷泰醫療科技有限公司（LinaTech公司）談友恒工程師、文虎兒物理師所提供的技術支持。