國產XHA1400加速器的劑量穩定性測試

高文超，王軍良，楊林，解傳濱，戴相昆，曲寶林

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

引言

國產加速器的技術先進性、質量可靠性及性能穩定性等方面都取得了極大的進步[1-4]。XHA1400是新華醫療采用最新技術推出的中能醫用電子直線加速器，提供兩檔MV（兆伏）級X射線、四檔能量電子線，可以實現常規、適形、調強、影像引導等多種放療技術。本單位承擔國家十三重點研發項目，安裝了XHA1400型號最新配置的加速器，進行國產與進口加速器性能的比較。關于XHA1400的機械性能測試已有相關文獻進行了報道[5]，而對于輸出劑量長期穩定性這一重要測試指標報道較少，本研究針對該指標進行測試，為臨床使用提供參考數據，并為同行的質控工作提供依據。

本研究通過Daily QA3晨檢儀對XHA1400的劑量輸出相關參數監測，檢測項目主要包括中心軸輸出劑量（Dose）、射野對稱性（Axsym、Trsym）、射野平坦度（QAFlat）、射線能量（X-Energy、E-Energy）、射野大小（XSize、YSize）及射野偏移（XShift、YShift）等參數，測試時長為3個月。

1 材料與方法

1.1 材料和設備

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，6、8、10、12 MeV四檔電子線；雙通道五區全密封劑量監測電離室，確保劑量測量的準確性；劑量率連續伺服：劑量計算方面用軟件計算代替傳統加速器的硬件處理電路，劑量率可保持不變，也可以連續可變，實現動態調強，平時出束劑量率設置為500 MU/min。

測量工具：Daily QA3晨檢儀總共有25個探測器(13個開放式電離室及12個半導體探測器)，其電離室布局見圖1，其中CAX電離室用于檢測中心軸輸出劑量，CAX、T、B、L、R五個電離室用于檢測平坦度及對稱性，eTL、eTR、eBL、eBR四個電離室用于檢測電子線能量，XTL、XTR、XBL、XBR四個電離室用于檢測X線能量，四周 12個半導體探測器（T1、T2、T3、B1、B2、B3、L1、L2、L3、R1、R2、R3）用于檢測光野一致性，即射野大小、射野偏移，可測量射野大小為20 cm×20 cm。

圖1 Daily QA3晨檢儀結構示意圖

1.2 檢測方法

按照XHA1400加速器操作規程，各個控制模塊初始化燈絲預熱15 min。按照XHA1400熱機要求，對每擋能量進行檢測每檔出束200 MU，完成后，使用Daily QA3晨檢儀做檢測。使用晨檢儀前，對晨檢儀進行校準，建立被測加速器的baseline基線值。6 MV、10 MV X線射野大小采用20 cm×20 cm；6、8、10、12 MeV電子線采用20 cm×20 cm限光筒，源皮距（Source Skin Distance，SSD）為100 cm，機架角0°。晨檢儀置于治療床上，通過水平尺調平晨檢儀檢測平面，借助激光燈進行擺位，光野與晨檢儀上的射線野對齊，見圖2。測量時，每擋能量出束100 MU，劑量率均設置為500 MU/min。

圖2 晨檢儀擺位和測量示意圖

1.3 數據采集及處理

本測試時長為3個月，每周一至周五早上熱機后進行測試。此次測試分為兩個階段，第一階段測試約2個月左右，發現X射線質偏離基線值較大，廠家更換電離室；第二階段為更換電離室后的檢測數據。晨檢儀各項檢測參數偏差范圍設定如下：中心軸輸出劑量±3%、射野對稱性±2%、射野平坦度±2%、射線能量±2%、射野大小±0.2 cm、射野偏移±0.2 cm。采用SPSS20.0軟件對測量數據進行統計學分析，用（±s）形式表示計量資料。

2 結果

2.1 6 MV X線檢測結果

6 MV X線的檢測結果見表1和圖3。從第一階段（更換電離室前）檢測數據可以看出，Dose、Txsym及X-Energy穩定性要差于其他檢測參數穩定性，其中Txsym、X-Energy均有超過其允許誤差上限，Txsym、X-Energy穩定性最大偏差分別為2.61%（超過上限值2%）、4.68%（超過上限值2%）；第二階段（更換電離室后）檢測數據顯示Txsym、X-Energy穩定性恢復正常，其他參數也均在偏差允許范圍內波動。

表1 6 MVX線各參數檢測結果

2.2 10 MV X線檢測結果

10 MV X線的檢測結果見表2和圖4。從第一階段（更換電離室前）檢測數據可以看出，Dose、Txsym及X-Energy穩定性要差于其他檢測參數穩定性，其中Txsym、X-Energy均有超過其允許誤差上限，Txsym、X-Energy穩定性最大偏差分別為2.46%（超過上限值2%）、3.65%（超過上限值2%）；第二階段（更換電離室后）檢測數據顯示Txsym、X-Energy穩定性恢復正常，其他參數也均在偏差允許范圍內波動。

表2 10 MV X線各參數檢測結果

圖4 10 MV X線各參數檢測結果

2.3 6MeV電-子線檢測結果

6 MeV電子線的檢測結果見表3和圖5。從第一階段（更換電離室前）檢測數據可以看出，Dose、Txsym及X-Energy穩定性要差于其他檢測參數穩定性，其中Dose、Txsym、X-Energy穩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波動；第二階段（更換電離室后）檢測數據顯示，Dose、Txsym及X-Energy穩定性提升，其他參數也均在偏差允許范圍內波動。

表3 6 MeV電子線各參數檢測結果

圖5 6 MeV電子線各參數檢測結果

2.4 8 MeV電子線檢測結果

8 MeV電子線的檢測結果見表4和圖6。從第一階段（更換電離室前）檢測數據可以看出，Dose、Txsym穩定性要差于其他檢測參數穩定性，其中Dose、Txsym穩定性最大偏差分別為-3.10%（超過下限值3%）、1.91%；第二階段（更換電離室后）檢測數據顯示，Dose、Txsym穩定性提升，其他參數也均在偏差允許范圍內波動。

表4 8 MeV電子線各參數檢測結果

圖6 8 MeV 電子線各參數檢測結果

2.5 10 MeV電子線檢測結果

10 MeV電子線的檢測結果見表5和圖7。從第一階段（更換電離室前）檢測數據可以看出，Dose、Txsym穩定性要差于其他檢測參數穩定性，其中Dose、Txsym穩定性最大偏差分別為-2.80%、1.92%，但均在偏差允許范圍內波動；第二階段（更換電離室后）檢測數據顯示，Dose、Txsym穩定性提升，其他參數也均在偏差允許范圍內波動。

表5 10 MeV電子線各參數檢測結果

圖7 10 MeV 電子線各參數檢測結果

2.6 12 MeV電子線檢測結果

12 MeV電子線的檢測結果見表6和圖8。從第一階段（更換電離室前）檢測數據可以看出，Dose、Txsym穩定性要差于其他檢測參數穩定性，其中Dose、Txsym穩定性最大偏差分別為-2.72%、2.00%，但均在偏差允許范圍內波動；第二階段（更換電離室后）檢測數據顯示，Dose、Txsym穩定性提升，其他參數也均在偏差允許范圍內波動。

表6 12 MeV電子線各參數檢測結果

圖8 12 MeV 電子線各參數檢測結果

3 結論

放射治療的根本目的在于對腫瘤區域給予盡可能高的放射劑量，提高腫瘤局控率，同時盡可能降低危及器官的受照劑量，較少并發癥[6-7]。醫用電子直線加速器是腫瘤放射治療中主要設備之一，其性能穩定性直接影響患者治療效果[8-9]。因此日常對醫用直線加速器性能穩定性的質量檢測是不可或缺的重要環節。我院于2019年安裝國產醫用加速器XHA1400，它是新華醫療推出的全數字化中能加速器，目前國內已有70多家醫院安裝并應用于臨床放射治療中，關于XHA1400性能測試內容報道主要集中在X射線劑量線性、重復性、日穩定性、周穩定性以及機械精度等方面[5]，而關于各檔能量的劑量輸出長期穩定性未做相關報道，本研究使用Daily QA3晨檢儀進行連續3個月的質量檢測，為臨床應用提供數據參考。

本次檢測結果中發現，各檔射線的輸出劑量Dose，除8 MeV電子線的日穩定性最大偏差出現過一次超±3%以外（偏差為-3.10%，超出后并未對此擋劑量進行校準），其他各檔均不超過AAPM TG142報告日檢推薦的±3%[10]，說明XHA1400的劑量輸出Dose能夠處于相對穩定狀態。從圖3～4中可以看出，盡管輸出劑量Dose穩定性在允許范圍內，但6 MV、10 MV X線射線能量X-Energy的穩定性差，最大偏差達4.86%（6 MV）、3.65%（10 MV），且射線對稱性Txsym隨X-Energy出現同步波動現象，筆者懷疑該加速器存在一定的安全隱患，經物理師和新華廠家工程師嚴格檢測后確定為檢測電離室內部部分模塊故障，更換檢測電離室后，6 MV、10 MV X線能量X-Energy及射線對稱性Txsym均恢復正常。此現象說明：即使醫用電子直線加速器的輸出劑量Dose穩定性偏差在允許的±3%范圍內，也不能保證機器性能穩定；晨檢儀作為檢測直線加速器基本劑量學參數的一體化集成設備，對于檢測加速器輸出性能穩定性是非常重要的[11-14]；此次檢測電離室故障，分析原因可能是機房濕度較大（檢測時間為7、8、9月，濕度較大）導致電離室受潮損壞；在連續的3個月測量中，筆者還發現不同檔位射線的同一參數偏差變化具有相似的浮動趨勢，導致這一現象與相同檢測電離室的偏差[15-16]及同次擺位包含的隨機誤差等相關。

由于新華加速器要求每天下班后，所有電源都需斷開，因此早晨進行晨檢儀測量前，都需重啟內循環水機組、穩壓柜及加速器內部機組等電源，為了使機器各個部件的溫度達到工作要求，保證輸出性能的穩定性，需對加速器進行晨檢預熱。本次實驗是在加速器所有模塊初始化、燈絲預熱15 min后，按照晨檢要求對各檔能量進行200 MU劑量出束。晨檢結束后，使用Daily QA3晨檢儀進行各檔射線輸出穩定性檢測。檢測結果還發現，各檔射線的輸出劑量Dose穩定性偏差雖然在±3%范圍內，但幾乎所有偏差均分布于0～-3.00%之間，即均在晨檢儀設置的基準值以下，導致這一現象的原因主要是晨檢出束跳數（200 MU）不夠，導致機器預熱不充分，而晨檢儀基準值是在加速器各檔射線絕對劑量進行校準后設置的，即在大劑量出束后設置的晨檢儀基準值，有研究報道指出醫用國產加速器早晚絕對劑量輸出偏差在±3%以內[17]。因此，在患者行放射治療前為保證機器預熱充分，建議增加出束跳數，在晨檢模式要求的200 MU條件下，每檔射線再多出500 MU，以保證機器輸出性能穩定性。

綜上所述，XHA1400在更換電離室后具有良好的劑量輸出穩定性，能夠滿足臨床應用需求。醫用加速器輸出性能穩定性是保證患者放療臨床效果的關鍵，每次放療前使用晨檢儀對加速器進行日常檢測工作是有必要的。本研究的局限性在于只對我院的國產XHA1400加速器的劑量輸出結果進行分析，不能直接反應新華其他型號加速器劑量輸出的穩定性表現。隨著國產加速器技術、質量、性價比的提升，越來越多醫院開始購買國產加速器，接下來我們將對XHA1400的EPID、CBCT圖像引導等方面進行檢測研究，以供其他醫院參考借鑒。