基于機(jī)械性能檢測研究醫(yī)用直線加速器機(jī)械性能的穩(wěn)定性

鄧春燕，張基永，林珠，黃寶添（通信作者）

汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療科 （廣東汕頭 515000）

放射治療是指利用X（γ）射線或其他電離輻射射線的放射性殺死腫瘤細(xì)胞，同時(shí)使周圍正常組織和器官盡可能少受或免受不必要照射的一種局部治療方法[1]。醫(yī)用直線加速器是醫(yī)院實(shí)施放射治療的主要設(shè)備[2]，定期對其進(jìn)行質(zhì)量保證（quality assurance，QA）和質(zhì)量控制（quality control，QC）檢測作為標(biāo)準(zhǔn)的放射治療流程，其目的是驗(yàn)證設(shè)備機(jī)械性能是否在臨床使用規(guī)范的誤差范圍內(nèi)，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，以及獲得高質(zhì)量、高精度的放射治療效果[3-5]。目前，醫(yī)用直線加速器的機(jī)械性能穩(wěn)定性主要依靠物理師進(jìn)行日常QA、QC檢測，這往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間執(zhí)行各項(xiàng)操作，若可以通過機(jī)械自動(dòng)進(jìn)行檢測，將能夠極大地減少人力和時(shí)間消耗。

機(jī)械性能檢測（machine performance check，MPC）是Varian 公司開發(fā)的被應(yīng)用于TrueBeam 系列直線加速束流和幾何性能驗(yàn)證的工具，用來驗(yàn)證TrueBeam 系統(tǒng)的一些關(guān)鍵功能是否在臨床規(guī)定范圍內(nèi)，確保其不會(huì)明顯偏離驗(yàn)收、調(diào)試或維修后獲取的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)[6]。MPC 通過kV-MV 成像系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)檢測，可在幾分鐘內(nèi)評(píng)估設(shè)備的幾何性能。當(dāng)執(zhí)行MPC 時(shí)，MPC 軟件自動(dòng)采集一系列kV-MV 圖像，獲取射束屬性及機(jī)械參數(shù)，而獲取到的圖像信息會(huì)被立即處理，并可在極短時(shí)間內(nèi)顯示出結(jié)果，方便檢測者快速地評(píng)估檢測結(jié)果是否在系統(tǒng)規(guī)定的范圍內(nèi)。

本研究的觀察對象為Varian公司生產(chǎn)的TrueBeam SN1093醫(yī)用直線加速器，該設(shè)備于2011年10月被正式投入使用，并于2019年10月由Varian公司工程師對其進(jìn)行了系統(tǒng)升級(jí)，由原來的1.5版本升級(jí)到2.5版本，由此引入了MPC技術(shù)。本研究通過持續(xù)進(jìn)行了3個(gè)多月（每周檢測1～2次）的MPC觀察我院TrueBeam SN1093醫(yī)用直線加速器的長期穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 材料

Varian TrueBeam SN1093醫(yī)用直線加速器；IsoCal 模體；MPC 模體專用支架；Stanley 水平尺。

1.2 方法

為了執(zhí)行MPC 操作，首先需要使用特定的支架將MPC模體[IsoCal 模體，是一個(gè)直徑和長度均為23 cm 的空心圓柱體，在此模體上鑲嵌有16 個(gè)碳化鎢軸承球（直徑均為4 mm）。當(dāng)被用于成像儀系統(tǒng)校準(zhǔn)時(shí)，IsoCal 模體通過一個(gè)連接在附件槽上的固定裝置（固定器）中心的鋼銷固定，當(dāng)被用于MPC 時(shí)，IsoCal 模體則不再使用這種固定裝置，而是使用專用支架將其安裝在治療床上[7-8]]固定在治療床上H2卡槽位置，然后通過將激光燈與模體上的水平、垂直和中線凹槽對齊完成擺位（圖1），為了保證模體的水平度，可在模體上放置一把水平尺輔助擺位，確保模體處于水平狀態(tài)；然后伸出機(jī)載影像系統(tǒng)（on board imager，OBI）及MV 探測器，調(diào)出MPC 檢測軟件，根據(jù)提示，采集一系列kV 和MV 圖像。

圖1 MPC 模體擺位

待調(diào)用MPC軟件采集到一系列kV和MV圖像后，可對圖像進(jìn)行即時(shí)分析處理，評(píng)估項(xiàng)目如下。（1）輻射等中心點(diǎn)：輻射等中心點(diǎn)是醫(yī)用直線加速器的重要特征[9]，在進(jìn)行MPC時(shí)，主要檢測了關(guān)于輻射等中心點(diǎn)的以下項(xiàng)目，即等中心的大小和kV/MV成像儀的投影偏移，其中，kV/MV成像儀的投影偏移描述了成像儀（kV/MV接收器）的中心點(diǎn)距輻射等中心質(zhì)心投影的最大距離，這對于校準(zhǔn)輻射和成像等中心及錐形束CT（cone beam CT，CBCT）圖像質(zhì)量非常重要[7，10]。（2）射束：MPC可以通過電子射野影像裝置（electronic portal imaging device，EPID）評(píng)估射束的穩(wěn)定性，檢測的項(xiàng)目包括射束輸出變化、射束均勻度變化及射束中心偏移。（3）準(zhǔn)直器：準(zhǔn)直系統(tǒng)包括了多葉光柵（multi leaf collimator，MLC）和光欄兩部分，每個(gè)MLC葉片的定位精度通過使用具有交替葉片的靜態(tài)梳狀圖案確定（圖2a），其測量的是MLC葉片頂端（葉尖）至MLC中心線的距離；MPC通過對稱的18 cm×18 cm射野檢測光欄邊緣到MLC旋轉(zhuǎn)中心的距離[選擇18 cm×18 cm的射野大小與成像儀的大小（40 cm×30 cm）及位置（距光束源150 cm的距離）有關(guān)，射野大小按1.5進(jìn)行縮放，因此使用18 cm×18 cm（成像儀水平的27 cm側(cè)）作為最大的射野大小，以實(shí)現(xiàn)可靠的射野緣檢測]；此外，MPC還測量了準(zhǔn)直系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)偏移量，通過MLC靜態(tài)梳狀圖案在機(jī)架處于0°時(shí)對5個(gè)準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行采集（圖2b～f）。（4）機(jī)架：MPC工具評(píng)估了醫(yī)用直線加速器機(jī)架定位系統(tǒng)的兩個(gè)特性，即絕對值和相對值，這兩個(gè)特性通過MV成像儀獲取8個(gè)具有代表性的機(jī)架角度（0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°）的值完成評(píng)估。（5）治療床：MPC根據(jù)參考位置，使用MV和kV圖像與IsoCal模體建立固定的空間坐標(biāo)系，評(píng)估不同治療床軸的定位精度，隨后移動(dòng)不同的治療床軸距離，治療床軸的實(shí)際距離可在此參考系統(tǒng)中確定，治療床檢測的位置參數(shù)及指標(biāo)見表1。

圖2 MLC 梳狀圖案

表1 治療床檢測的位置參數(shù)及指標(biāo)

2 結(jié)果

2.1 MPC 的機(jī)械性能參數(shù)的閾值和結(jié)果

對每一個(gè)參數(shù)，MPC 系統(tǒng)都設(shè)置了一個(gè)閾值（表2），當(dāng)測量的實(shí)際值接近設(shè)定閾值極限的10%時(shí)，MPC 會(huì)提示檢測者檢測通過但接近失敗；當(dāng)測量的實(shí)際值超出設(shè)定的閾值時(shí)，MPC 會(huì)提示檢測者檢測不通過；當(dāng)測量的實(shí)際值遠(yuǎn)小于設(shè)定的閾值時(shí)，則會(huì)提示檢測通過。由表2可知，檢測的所有性能參數(shù)均在閾值范圍內(nèi)，其中光欄Y1偏移為（1.25±0.06）mm，在4個(gè)光欄偏移值中最大，雖未超出閾值，但是檢測者可以在此基礎(chǔ)上持續(xù)觀測，或通過人工方式進(jìn)行檢測，確保其未超出臨床規(guī)范值，從而保證放射治療效果，避免醫(yī)療事故的發(fā)生。

表2 MPC 的機(jī)械性能參數(shù)的閾值和結(jié)果

2.2 MLC 和光欄檢測的結(jié)果

圖3為MLC 和光欄檢測的趨勢圖，其中橫坐標(biāo)顯示的是檢測時(shí)間，縱坐標(biāo)則指示了MPC 值的刻度，由圖可知，MLC A/B 葉片的最大偏移趨勢和平均偏移趨勢在一段時(shí)間內(nèi)變化相對較穩(wěn)定，只有輕微的變化，且A、B 葉片值相差不大；光欄Y 方向的偏移值比X 方向稍大，但經(jīng)長期觀測，X、Y 方向的偏移均比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)較大的偏移量。

圖3 MLC 和光欄檢測的趨勢圖

3 討論

為提高放射治療的準(zhǔn)確性，達(dá)到精準(zhǔn)治療的目的，避免醫(yī)療事故的發(fā)生，必須定期對醫(yī)用直線加速器進(jìn)行QA 及QC 檢測工作，以保證醫(yī)用直線加速器在臨床規(guī)定的誤差范圍內(nèi)使用[5]。

傳統(tǒng)檢測醫(yī)用直線加速器機(jī)械性能的方法需要耗費(fèi)大量的人力與時(shí)間，且對于某些項(xiàng)目，如MLC 每個(gè)葉片的偏移量檢測，是無法依靠人工來檢測的；而MPC 工具只需要約10 min 即可完成半自動(dòng)地檢測機(jī)器，具有快速可靠、易于使用的優(yōu)點(diǎn)，可在極短時(shí)間內(nèi)對醫(yī)用直線加速器的機(jī)械性能參數(shù)進(jìn)行檢測，提供了目前傳統(tǒng)檢測無法實(shí)現(xiàn)的每日快速機(jī)械測試，避免過多占用臨床治療時(shí)間對機(jī)器進(jìn)行日檢，對于臨床QA 及QC 而言是非常有用的檢測工具，可執(zhí)行性及可靠性較高。

此外，本研究結(jié)果表明，我院的Varian TrueBeam SN1093醫(yī)用直線加速器的機(jī)械性能參數(shù)（包括準(zhǔn)直系統(tǒng)、機(jī)架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、治療床系統(tǒng)及圖像系統(tǒng)）具有高度的長期穩(wěn)定性，可供臨床實(shí)施放射治療使用。