XHA600E型國產數字化加 速器性能檢測與對比評價

馬蕾杰，宋迎新，雷宏昌，劉晗，劉冰，陳鵬

1.鄭州大學附屬腫瘤醫院 河南省腫瘤醫院 放療科，河南 鄭州 450008；2.山東新華醫療器械股份有限公司，山東 淄博 255086

引言

某醫院放療中心安裝了一臺XHA600E型直線加速器（山東新華），該機器是在XHA600D加速器的基礎上，從軟硬件兩方面重新整合設計，最新推出的全數字化加速器。為了解該設備的實際性能，本文從物理性能和工程技術兩方面對該設備開展了系統性檢測，并與功能相似的進口機型在關鍵參數方面進行對比，找出新型國產加速器與進口加速器之間的差距，以期更好地將該設備應用于臨床治療。

1 材料與方法

1.1 設備與材料

XHA600E型加速器，Unique加速器（Varian，美國），IBA Blue Phantom2型三維水箱，DOSE1劑量儀，IBA 0.6 cc指形電離室，EBT免沖洗膠片，IBA 固體水模，Las Vegas模體，水平儀和鋼直尺，坐標紙等。

1.2 機械參數檢測內容及方法

（1）小機頭旋轉等中心精度。準直器和治療床均位于0°（使用水平儀校準），準直器上鉛門開至最大，下鉛門關至最小（0.5 cm）。升床使床面到等中心高度，在床面平放一張EBT自顯影膠片，分別在準直器0°、45°、90°、135°時，出束6 MV X射線100 MU，膠片上將形成4條狹長條影像，組成“米”字型圖像。在“米”字線上，對每一條影像作其中分線，取4條中分線所形成的小區域內兩點間的最大距離，要求d≤2 mm。

（2）機架 旋轉等中心精度。基本設定條件同上。不同的是要在床面垂直放一張EBT膠片，兩側用固體水膜固定，升降床使等中心大致處于膠片的中心位置，分別在機架為0°、45°、90°和135°時出束6 MV X射線100 MU，膠片上將形成4條狹長條影像，組成“米”字型圖像。在“米”字線上，對每一條影像作其中分線[1]，取4條中分線所形成的小區域內兩點間的最大距離，要求d≤2 mm。

（3）光矩尺指示精度。機架0°，SSD=100 cm。治療床上放置一張坐標紙，檢查十字叉絲在坐標紙上的投影與光矩尺100 cm指示是否重合。然后以SSD=100 cm為基準分別升床5、10 cm和降床5、10 cm，檢查光矩尺的指示與實際高度的偏差，要求誤差≤2 mm。

（4）機架電子指示精度。使用水平儀找到實際的機架0°，讀取此時機架度數的電子顯示值，兩者相比較。相同方法檢查機架在90°、180°和270°時兩者的誤差，要求最大誤差≤0.5°[2]。

（5）小機頭電子指示精度。使用水平儀分別找到小機頭0°、45°、90°、270°和315°的實際值，與此時小機頭度數的電子顯示值相比較，要求最大誤差≤0.5°。

（6）4個獨立鎢門到位精度。機架和小機頭均為0°，SSD=100 cm，放置一張坐標紙于床面，分別運動鎢門X1、X2、Y1和Y2，每個鎢門在坐標紙上間隔取5個位置，比較實際值與電子顯示值之間的誤差，要求≤1 mm。

1.3 射線參數檢測內容及方法

1.3.1 6MV X射線質測定

（1）改革授課內容和形式。通過以臨床實例為基礎的分專業組的授課形式，提升學生發現問題和解決問題能力。各專業組以月為單位針對本組學生安排“異常結果的判讀與處理”“如何解讀檢驗結果的臨床意義”“儀器的維護及常見故障的判斷和處理”等內容講授，要求授課教師聯系臨床實例，科室隨機抽查授課內容。

機架和小機頭均為0°，射野大小為10 cm×10 cm，SSD=100 cm，出束劑量率為400 MU/min（以下幾項射線參數的檢測如不作特殊說明，均按照上述條件設定）。使用Blue Phantom2三維水箱沿射野中心軸掃描得到PDD曲線，找出劑量最大點（Dmax）的水下深度、水下10 cm的百分深度劑量和水下20 cm的百分深度劑量，并計算PDD20/PDD10，求得射線品質因數。要求最大劑量點深度在（1.5±0.3）cm以內，PDD10在67%±3%以內[3]。

1.3.2 射野平坦度和對稱性測量

使用Blue Phantom2三維水箱，射野10 cm×10 cm和30 cm×30 cm，在水下10 cm深度處，分別沿中心軸的橫向和徑向進行掃描，每個方向各得到兩條離軸比曲線。軟件可自動計算每條曲線的平坦度和對稱性數值，要求平坦度≤106%，對稱性≤103%[4]。

1.3.3 燈光野和照射野一致性檢查

平放一張自EBT膠片于床面，打開燈光野，用針在燈光野的每條邊上均勻地扎兩個小孔，并蓋上1 cm厚度的固體水膜，膠片下面放2 cm厚固體水膜。給予6 MV X射線100 MU照射劑量。將射野內50%等劑量線和膠片上小孔相比較[5]，要求誤差≤2 mm。

1.3.4 劑量線性度檢查

水下5 cm處，使用Blue Phantom2三維水箱掃描系統內單點測量功能，分別測量出束為100、200、300、400、500、600和800 MU時的實際吸收劑量值，要求設定值與實際值的關系必須為線性，其最大偏差≤2%。

1.4 多葉光柵相關參數檢測內容及方法

機架和小機頭均位于0°，鉛門開至40 cm×40 cm，SSD=100 cm平面上放置一張坐標紙，在坐標紙上標定一個中心與十字叉絲中心重合[6]。制作一個簡單的治療計劃，使兩側所有葉片分別運動至-10、-5、0、5、10和15 cm，檢查每個葉片在坐標紙上的實際投影位置與設定位置之間的誤差，要求誤差≤±1 mm。

1.4.2 葉片末端的位置重復性

測試條件和葉片運動位置同1.4.1節。重復執行測試計劃6次，記錄每次葉片在坐標紙上得實際投影位置，比較所有葉片不同運動位置中的最大值和最小值之間偏差，要求誤差≤2 mm。

1.4.3 葉片及葉片箱運動速度測試

測試條件同1.4.1節。首先任選某一葉片從-10 cm運動到10 cm，記錄運動所耗時間，距離/時間=葉片運動速度，相同方法重復測試其他葉片，取6個葉片運動速度平均值。要求葉片運動速度≥30 mm/s。

1.4.4 MLC和鉛門漏射率

機架和小機頭均位于0°，水下5 cm處，SSD=100 cm，劑量率為400 MU/min。使用Blue Phantom2三維水箱軟件內單點測量功能：① 先將射野設為10 cm×10 cm，出束200 MU，測量得到開野時吸收劑量值。然后分別出束200 MU，測量；② X鉛門關至最小，Y鉛門開至最大，MLC開至最大，探頭放置于中心軸向左3 cm位置處的吸收劑量；③ X、Y鉛門設為10 cm×10 cm，MLC關閉，探頭放置于相鄰兩葉片縫隙中間位置處的吸收劑量。②/①為鉛門漏射率，③/①為MLC漏射率，要求兩比值均≤2%[7]。

1.5 EPID對比度和分辨率的檢測

機架和小機頭均位于0°，運動平板探測器使其中心與加速器機頭的十字叉絲交點投影重合，若不重合需先對EPID的運動位置進行校準。射野 12 cm×12 cm，將Las Vegas模體直接放在平板探測器的表面并完全置于射野內。LasVegas模體的材料為鋁，表面鉆有直徑分別為1、2、4、7、10、15 mm，深度分別為0.5、1.0、2.0、3.2、4.8 mm的圓孔[8]，每一圓孔代表不同的空間分辨率和對比度（圖1）。放置時將模體上帶孔的一面朝下，出束100 MU，控制室EPID電腦將采集得到一幅圖像，調節窗寬窗位使圖像分辨率最佳，要求至少能看到圓孔數目，見圖2[9]。

圖1 Las Vegas模體內部結構示意圖

圖2 6 MV X射線圓孔顯示標準示意圖

2 結果

XHA600E加速器所有參數和Unique加速器關鍵參數[10-11]的測試結果，見表1。由表可知，XHA600E加速器的15項參數的性能指標均符合國家標準。具體來說，在機械參數方面，XHA600E加速器的機頭和機架等中心精度分別為1.0 mm和0.8 mm，均小于2 mm的國標要求，各項運動的電子指示精度均符合要求，其中Y2鉛門到位精度為1 mm，為誤差要求臨界值，經坐標紙校準2個月后復查，Y2到位精度小于0.5 mm，說明到位精度可靠。在射線參數方面，XHA600E的6 MV X射線最大劑量點為1.51 cm，PDD10為66.9%，符合最大劑量點深度≤（1.5±0.3）cm，PDD10≤（67±3）%的要求，其兩個方向的射野平坦度和對稱性最大值分別為105.2%和101.4%，符合平坦度≤106%、對稱性≤103%的要求。在MLC參數方面，其葉片末端的到位準確性和重復性分別為0.7 mm和1.2 mm，符合出廠手冊標準要求。葉片運動速度為37.5 mm/s，符合≥30 mm的要求。小機頭等中心精度檢查結果，見圖3。機架等中心精度檢查結果，見圖4。

圖3 小機頭等中心精度測試結果圖

圖4 機架等中心精度測試結果圖

表1 XHA600E加速器所有參數和Unique加速器關鍵參數的測試結果

EPID分辨率測試結果，見圖5。仔細觀察圖5可知，肉眼可分辨出的圓孔數目能夠滿足圖2所示的標準要求。

圖5 XHA600E加速器EPID圖像分辨率測試結果圖

3 討論

相比于新華加速器之前的600D機型[12]和其他國產加速器[13-14]，XHA600E機型做了不少的改進：① 該機器的軟件控制系統由DOS平臺改造為Windows 7平臺，新的控制系統采用模塊化實時控制技術，將整臺機器的控制劃分為多個子模塊，如治療頭控制模塊、劑量監控模塊和EPID模塊等，每一個模塊是一個嵌入式系統，內置實時操作系統PowerPAC，所有模塊均通過CANBUS總線或者以太網與控制室的主機進行通訊，使工作界面得到優化的同時也具備了更好的升級擴展能力；② 主要運動軸的機械運動反饋方式由原來的單通道采樣升級為雙通道采樣，其中絕對值編碼器負責主通道位置檢測，電位器負責與編碼器實時比較，一旦超出誤差范圍即觸發連鎖，更好的保證了機械運動的到位準確度和安全性；③ 新機型的劑量率實測最高可達到570 MU/min，與之前相比也有很大提升，可以有效縮短治療時間。

本研究的檢測結果表明，XHA600E型加速器的所有性能指標均符合國家標準，能夠滿足臨床治療的要求。與美國Varian公司Unique加速器的關鍵參數進行對比測試：①在設備的等中心精度、射線質、射野平坦度和對稱性方面，XHA600E與Unique的差別不大，Unique的等中心精度略高，射野平坦度和對稱性更好；② MLC性能方面，兩者的設計結構相似，均采用“葉片+葉片箱”式結構，單側葉片在葉片箱內安裝，葉片箱也可整體運動，拓展了葉片的實際運動范圍。兩者均采用正交編碼器來檢測葉片的實際運動位置，但Unique采用“softpot”軟電位器板作為次級位置檢測，以確保葉片運動位置的準確和安全[15]，而XHA600E則無次級位置檢測；③ 在EPID的開發使用方面，XHA600E僅能夠進行單曝光正交位置驗證，其EPID軟件界面簡單，圖像匹配方式單一，且在使用中多次出現軟件死機狀況，仍需改進；Unique則既可實現多種曝光模式的位置驗證，也可進行劑量驗證，可見在影像驗證功能方面，XHA600E尚存在明顯差距。另外，XHA600E的有些電路板設計簡單，缺少相應的檢測和保護電路，曾出現過真空電源板上的高壓模塊在一段時間內多次燒壞情況，后經改進已解決該問題。

目前，我國的直線加速器高端市場大部分被瓦里安和醫科達[16]兩家公司壟斷，市場份額高達80%以上，國家設立多項 科研基金扶持國產加速器向高端推進，以期逐步打破這種壟斷局面。XHA600E相較于其上一代600D機型，軟硬件性能有了很大提升，可以實現位置驗證，縮小了與進 口加速器之間的差距，又有其價格便宜、維護成本低的優勢，是基層醫療單位更新換代的理想選擇。

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