國產醫用直線加速器VenusX穩定性分析

解傳濱，申紅峰，戴相昆，高文超，王軍良，劉彥立，俞偉，曲寶林

中國人民解放軍總醫院 a. 第一醫學中心放射治療科；b. 第五醫學中心放射治療科，北京 100853

引言

近年來，醫用直線加速器技術飛速發展，適形調強放 射 治 療（Intensity Modulated Radiationtherapy，IMRT）及容積旋轉調強放療（Volumetric Modulated Arctherapy，VMAT）等先進技術得到了普及和應用。而隨著國內各加速器廠商生產及研發水平的提高，國產直線加速器在軟硬件技術開發應用上都取得了很大的進步[1]，并且在臨床上得到了較為廣泛的應用[2]，逐漸改變了以往進口設備壟斷國內放療設備市場的局面。而作為加速器質量控制（Quality Assurance，QA）的重要內容，穩定的機械精度及束流特性是保證其臨床應用的前提[3-4]，本研究基于電子射野影像系統（Electronic Portal Imaging Device，EPID）以及相應劑量測試工具采用雷泰醫療“智能QA”工具軟件對新近研發的國產醫用加速器VenusX進行為期三個月的日常質量保證監測，分析各項參數的變化趨勢，評估該型加速器的機械精度、輸出劑量以及影像系統等相關參數的穩定性，以期為其下一步臨床廣泛應用提供參考。

1 材料和設備

VenusX多模態智能醫用直線加速器是單能6 MV/FFF模式的國產醫用電子直線加速器，同時擁有MV級及kV級影像系統，支持600、800、1000 cGy/min三檔劑量率，最大開野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，速度達6 cm/s；下層光柵最小厚度4 mm，速度達到5 cm/s；此外，VenusX加速器的SAD為90 cm，治療空間45 cm。

“智能QA”是雷泰醫療公司針對其加速器VenusX開發的加速器質檢軟件（Device Verification System，DVS），可以自動完成加速器部件運動（機架旋轉，治療床運動或光柵走位）、EPID影像系統圖像采集、圖像分析、結果分析、報告打印等流程，能有效節省日常質量保證以及檢測的時間。

測試儀器：iQC驗證模體（雷泰醫療，中國）、IBADose1劑量儀及指型電離室（IBA公司，德國）；其他設備包括IBA RW3固體水。

2 測試項目與方法

參照GB/T 15213-2016《醫用電子加速器性能和試驗方法》、YY/T 0890-2013《放射治療中電子射野成像裝置性能和試驗方法》和AAPM TG-142報告等標準規定和方法[5-7]，使用“智能QA”工具對加速器VenusX的機械精度、射束性能和影像系統等相關參數指標進行為期3個月（2020年8月26日至11月27日）的質控檢測并回顧性分析質控測試記錄，對各測試參數結果做統計分析并繪制變化趨勢圖。

2.1 機械精度

機械精度測試主要包括機架旋轉中心與等中心重合度、光柵葉片到位精度和到位重復性，具體測試方法如下。

（1）機架旋轉中心與等中心重合度。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，將影像板打開至采圖位置；射野打開至10 cm×10 cm；治療床保持0°不動；分別在機架角度為0、45°、90°、200°、245°和290°條件下采集圖像，分析計算射野中心和鎢球中心的偏差，要求小于1 mm。

（2）光柵到位精度。機架和治療床保持0°不動，一層光柵開到最大位置，另一層光柵分別使葉片不停運動若干距離；使用EPID采集圖像進行到位精度驗證分析，要求到位精度在±1 mm以內。

（3）光柵到位重復性。機架和治療床保持0°不動，一層光柵開到最大位置，另一層光柵分別使葉片不停運動若干距離，使用EPID采集圖像，重復上述過程3遍進行到位重復性精度驗證分析，要求小于2 mm。

2.2 射束性能

射束性能測試主要包括X線輸出劑量穩定性、劑量率穩定性以及日穩定性測試，具體方法如下。

（1）X線輸出劑量穩定性。將機架和治療床設置為0°，在SSD=90 cm條件下，采用0.6 cc電離室在固體水組合下10 cm，將電離室放于中心軸上，在10 cm×10 cm標準射野條件下，劑量率分別為600、800、1000 MU/min時，加速器出束200 MU，讀取劑量儀數值，重復10次與基數進行比較，兩者偏差應小于0.5%。

（2）劑量率穩定性。將機架和治療床設置為0°，在SSD=90 cm和10 cm×10 cm標準射野條件下，將0.6 cc電離室放置于固體水組合下10 cm；劑量率為600、800、1000 MU/min三種條件時，分別出束150、300、600、3500 MU，計算在設定時間（去除爬坡和下降階段）區域內劑量率的標準差，最大值應小于1.0%。

（3）日穩定性。對劑量儀進行溫度氣壓較準，標準測試條件下，加速器經過至少30 min的待機狀態進入準備狀態后，出束200 MU并重復5次，記錄并計算平均值false；然后進行8 h連續周期運行，每個周期為在常用吸收劑量率下輻照400 MU再停止10 min，8 h連續周期運行后再出束200 MU 5次，記錄計算平均值；兩次測量值的偏差應≤2%。

2.3 影像系統

影像系統測試主要針對了MV-EPID的中心一致性驗證和kV-EPID的中心一致性驗證：使用激光燈將iQC模體小球放到機械等中心的位置，將機架旋轉至0°，CBCT球管旋轉至90°，打開MV影像板、kV影像板，采集圖像，兩幅圖像中小球中心與圖像中心標識的最大偏差應小于1 mm。

3 結果

3.1 機械精度測試結果

機架旋轉中心、光柵到位精度及重復性均體現出較好的穩定性，且各階段測量結果均在允許范圍之內如圖1～2所示，其中機架旋轉中心測試為按周檢要求執行，平均偏差為0.489 mm，最大偏差為0.8 mm，滿足國標要求。光柵走位精度平均偏差為0.9 mm，最大偏差為1 mm，x和y方向光柵走位重復性平均偏差分別為0.286 mm和0.266 mm，最大偏差分別為0.3 mm和0.4 mm，符合TG-142報告的標準，如表1。

圖1 機架旋轉中心偏差隨時間變化曲線

圖2 光柵走位精度及走位重復性隨時間變化曲線

表1 各QA項目統計結果分析

3.2 射束性能測試結果

射束性能測試中只有1次絕對劑量測試結果超過1%，并進行了加速器劑量校準，體現出了較好的輸出劑量穩定性，如圖3所示，最終統計平均偏差為0.109%，最大偏差為0.5%，滿足標準要求；劑量率穩定性波動較小，基本穩定在0.5%～1%水平，如圖4所示，統計其平均偏差為0.694%，最大偏差為1%； 劑量日穩定性波動幅度較為明顯，特別是在中段時間段，但整體控制在2%以內，如圖5所示，統計其平均偏差為0.699%，最大偏差為1.6%，滿足標準要求。

圖3 X線輸出劑量穩定性隨時間變化曲線

圖4 劑量率穩定性隨時間變化曲線

圖5 劑量日穩定性隨時間變化曲線

3.3 影像系統測試結果

通過對MV及KV兩套成像板的到位精度測試發現兩者均具有較好的穩定性，如圖6所示，其中MV-EPID中心一致性平均偏差為0.3 mm，最大偏差為0.5 mm，kV-EPID中心一致性平均偏差為0.5 mm，最大偏差為0.6 mm，滿足標準要求。

圖6 MV-EPID，kV-EPID中心一致性隨時間變化曲線

4 討論

自1970年以來，在國產放療設備廠商及科研院所的努力下，國內醫用加速器技術水平取得了長足進步[8]。具有代表性的中高能國產加速器有：江蘇海明醫療的HM-J-16-I，成都利尼科的AccStar，山東新華的XHA1400；低能加速器有：山東新華的XHA600，沈陽東軟的NMSR600，上海聯影的linac 506c[9]，廣東中能的SPACOCMX6和海博科技的HH-JSQ-6-A。其中，除山東新華的XHA1400采用了6 MV/10 MV雙能X線以及6～12 MeV多檔電子線外，其它設備多采用了6 MV單能X線設計，當然，這在基本滿足臨床治療要求的同時降低了設備成本。近年來，非均整（Flattening Filter Free，FFF）射束設計在進口設備的應用越來越廣泛，由于常規加速器設計中的均整（Flattening Filter，FF）射束與FFF射束相比，損失了一部分射線，最大劑量率較低，治療效率較低，同時很多臨床研究也證明FFF模式加速器可減少正常組織受量，降低并發癥發生的概率[10-12]，因此，對于FFF模式在國產加速器的研究與推廣是有必要的。上海聯影的uRT-linac 506c具有FFF和FF兩個模式并采用CT與Linac一體化設計，主要面向高端市場及一些科研機構。蘇州雷泰的加速器VenusX則采用了單能6 MV/FFF模式設計及MV-EPID與kV-CBCT圖像引導系統，給其在不同級別醫院的臨床推廣應用帶來可能。

VenusX同時配備了兩層正交安裝的多葉準直器（Multileaf Collimator，MLC），取消了鎢門和光野燈，這種結構在機械上的優點是加速器機頭結構緊湊，治療空間大。有文獻表明，雙層光柵透射率接近于一層鎢門，其透射率和片間漏射都低于單層光柵[14-15]。同時，在形成一些特殊形狀，（如凹形腫瘤、島狀顱內多轉移腫瘤）時，正交雙層光柵的適形度更好，具有更好的劑量學特性[16]。總體來看，正交雙層光柵對臨床計劃質量的提升是有幫助的。加速器VenusX的QA流程和方法也有獨特之處，例如該型加速器取消了鎢門設計，一些指定開野大小的QA項（如X線束射野對稱性）必須借助光柵完成，這就對雙層光柵的QA工作提出了更高的要求；加速器沒有光野指示，光柵到位精度、到位重復性等項目要依靠EPID進行；雙層光柵安裝高度的抬升改變了半影特性，由于光柵側面半影和端面半影的影響，一般情況下只考慮端面半影[17-18]已不足以滿足計劃劑量的計算準確性要求。

許多針對加速器質控研究結果表明，使用EPID進行加速器的MLC到位精度檢測和影像質量檢測是可行的[19-21]。“MLC到位精度驗證”是DVS檢測項目之一，VenusX執行該項檢測時，需要分別調整上下兩層光柵的兩側多葉準直器運動到至少7個位置；若手動完成該項測試則需要重復執行28次，過程耗時耗力。DVS軟件可以快速完成光柵走位執行、EPID數據讀取、數據儲存、數據處理、結果報告出具的全流程，在提高物理師質控效率、高效完成數據統計及分析方面有絕對優勢，同時QA數據的電子化也為數據傳輸、數據存儲和歷史數據查詢提供了便利。在測試結果分析中發現，在2020年8月26日至2020年10月24日之間，影像系統的kV-EPID中心一致性的值在0.5～0.6 mm，大多為0.6 mm，但自2020年10月25日后，一致性提高至0.4～0.5 mm，大多為0.4 mm，分析其原因是10月24日對kV-EPID影像板進行重新標定。由此可見，日常檢測數據的記錄與分析給正確評估加速器狀態，并在出現較大偏差時及時對加速器進行調試帶來便利。當然，針對該型加速器的質控項目還有很多，本研究只針對具有代表性的部分測試參數進行了回顧性分析，加之設備裝機時間較短，且目前尚處于臨床試驗階段，對其更長時間性能穩定性的全面評估還需要在日后臨床應用中進行驗證。

綜上，通過對醫用直線加速器VenusX的日常穩定性測試結果進行分析表明，其機械精度、射束性能和影像系統等相關參數指標的穩定性均符合國家相關標準，滿足臨床應用要求。

致謝

感謝雷泰醫療關睿雪等工程技術人員提供的技術支持。