基于雷泰醫療多模態智能直線加速器VenusX的驗收測試

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

放射治療作為三大腫瘤治療手段之一，近些年發展迅速，各種放療新技術的開展，對作為放療主要實施設備的醫用電子直線加速器提出了更高的要求[1-2]。而嚴格的質量控制是保證計劃劑量準確無誤執行的前提。作為放射治療設備管理的重要組成部分，直線加速器的驗收是確保放射治療設備質量和安全應用的核心環節[3-4]。驗收時一般要求醫院高年資物理師和廠家技術工程師共同進行，根據廠家提供的設備性能、技術參數和配置清單逐一檢查。各個廠家遵循國際及國家相關標準制定各自的驗收手冊，工程師會遵照廠家標準進行調試；另一方面，醫院人員驗收時按照驗收手冊并參考國際及國家相關標準進行驗收。需要注意的是驗收各項指標方法的正確性和準確性，還有一些指標的可調性與穩定性，可根據臨床需求在合理范圍內提高各項指標的精度[5]。雷泰醫療的多模態智能醫用直線加速器VenusX作為一種新型的非均整（Flattering Filter Free，FFF）模式[6-7]加速器，在機械設計方面有其特點，本研究參照國家相關標準對其各項技術指標進行臨床驗收，驗證驗收方法的可靠性，確定其臨床應用的精確性、有效性及安全性。

1 材料與方法

1.1 設備與儀器

VenusX同時配置MV級及kV級CBCT系統，最大射野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，速度為6cm/s；下層光柵最小厚度4 mm，速度為5 cm/s；SAD為90 cm，最大治療空間45 cm。

測試儀器包括IBA Dose1劑量儀（IBA Dosimetry inc.，Schwarzenbruck， Germany）、IBA 指型電離室；IBA Blue Phantom三維水箱，IBA CC13指型電離室及其配套分析軟件。其他儀器包括氣壓計、溫度計、RW3固體水、校準好的前指針、鋼板尺、坐標紙、卷尺、水平儀、廠商配備的iQC驗證模體及“一鍵QA”放療質控系統（Device Verification System，DVS）分析軟件。

1.2 測試項目與方法

驗收范圍包括輻射安全測試、MV與kV影像系統測試、機械精度測試、射束性能測試。參考國家相關標準[8-11]和AAPM TG-142報告[12]制定本測試項目與方法。

1.2.1 輻射安全

根據國家標準相關建議[11-12]，結合臨床相關風險，首先對防護門連鎖、緊急開門、視聽監控設備、出束狀態指示燈、防碰撞連鎖功能、緊急開關功能等輻射安全連鎖設置進行測試，確保其正常工作。

1.2.2 機械精度

（1）機架旋轉中心。DVS選擇Gantry Rtn測試項，開啟EPID等硬件；分別在機架角度為0、45°、90°、200°、245°和290°條件下，加速器出束1 MU，采集位于等中心位置的iQC模體的EPID圖像；使用DVS軟件對圖像進行驗證分析。

（2）機架旋轉角度及數顯。分別在機架0、90°、180°和270°條件下，在機頭平面合適方向放置水平儀，調至角度位置對應水平儀讀數，讀取加速器讀數并比對。

（3）墻壁激光線。調節激光線至盡可能細，利用坐標紙驗證激光線在等中心處的寬度；機架角0，手持硬質半透明坐標紙，垂直平移至等中心位置，期間調整治療床兩側激光燈，使其在等中心高度重合；同時調整天花板激光燈，使其在治療床上形成的y軸方向的豎線也與機頭激光豎線重合，驗證其在等中心處的精度。

（4）機頭激光線在等中心處的精度。以機架角度0、治療床面位于等中心高度、機頭垂直方向時，激光線豎線在床面坐標紙上的位置為基準；分別旋轉機架至90、270°，觀察調整激光線在坐標紙上的投影，驗證其在等中心處的精度。

（5）光距尺指示精度。機架角度為0，使用校準后長度為90 cm的前指針調整治療床面到等中心高度，觀察光距尺在床面的指示距離與實際值的偏差；移除前指針，在床面放置高度為10 cm的模體，觀察模體上光距尺的示數與實際值的偏差；保持模體不動，調整床面高度直到光距尺顯示SSD=90 cm，移除模體，觀察光距尺在床面的示數，驗證光距尺的精度。

（6）治療床旋轉角度及數顯。機架角度為0、調整床面至等中心高度，坐標紙平放于治療床面，其中心十字線與機頭激光線對齊，標記當前機頭激光線在坐標紙上的位置；進床20 cm，再標記激光十字線在坐標紙的位置，將兩次標記的位置連線，此線與激光線在y方向的夾角應滿足性能要求；同上，檢測治療床其他角度的顯示準確性：重新將坐標紙中心十字線和激光十字線對齊，旋轉治療床到90°、270°，使激光十字線與坐標紙對應的刻度線對齊，記錄對應的治療床數字顯示值、床底座刻度值，驗證治療床旋轉角度。

（7）治療床縱向與橫向移動及數顯。機架角度為0、治療床零位，調整床面至等中心高度；沿治療床y軸固定鋼板尺于床面，依次進床20、40、60和70 cm，記錄機頭激光線在直尺的投影位置，驗證治療床縱向移動精度。同理驗證治療床橫向、垂直向移動及數顯。

（8）光柵葉片到位精度。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；在機架角度為0、90°（270°）條件下使用EPID采集圖像進行到位精度驗證分析。

（9）光柵葉片到位重復性。機架角度為0，一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5遍進行到位重復性精度驗證分析。

1.2.3 射束性能（均在機架和小機頭角度0、SSD=90 cm條件下）

（1）射線質一致性。射野10 cm×10 cm時，利用IBA三維水箱測量6 MV光子線的百分深度劑量曲線，分析讀出其20 cm和10 cm處的吸收劑量比值（TPR20，10），連續3次測量偏差應≤2%。

（2）射野對稱性。射野10 cm×10 cm時，用上述水箱測量6 MV光子線在水下10 cm處的離軸比曲線；讀出對稱性數值。

（3）輸出劑量穩定性。將0.6 cc電離室放在組合固體水下5 cm中心軸處，在10 cm×10 cm 射野下出束200 MU，讀取劑量儀數值，重復5次與基數進行比較，兩者偏差應在±1%范圍內。

（4）監測電離室穩定性。射野10 cm×10 cm下出束200 MU，重復3次分別記錄通道1（MU1和）通道2（MU2）的平均讀數，比較兩者偏差應不大于2%。

（5）MU線性。射野10 cm×10 cm，劑量率1000 MU/min，分別出束100、300、500、700和900 MU，并記錄；最大偏差應不大于標準值的2%。

（6）高劑量輻照后的穩定性。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，進入準備狀態后立刻出束200 MU，記錄測量值R1；正常治療距離處吸收劑量為100 Gy或是以最大劑量率運行30 min的高劑量輻照后，立即出束200 MU，記錄測量值R2；兩次測量值的偏差應≤2%。

（7）劑量日穩定性。劑量儀進行溫度氣壓較準后，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，記錄計算平均值；然后進行8 h連續周期運行，每個周期在常用劑量率下輻照400 MU后停止10 min，周期運行后重復出束200 MU 5次，記錄計算平均值；兩次測量值的偏差應≤2%。

（8）劑量周穩定性。劑量儀進行溫度氣壓較準后，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，記錄計算平均值；連續5 d，每天開機執行上述測試；根據標準，計算偏差值，偏差值應≤標準值的2%。

1.2.4 影像系統

主要包括EPID成像板性能和MV，kV影像系統的位置精度驗證，驗證過程中，需打開EPID，加速器出束1 MU，使用EPID采集圖像并用DVS進行分析。

（1）圖像低對比度分辨率。機架旋轉至0，將iQC模體放置于影像板上并與加速器中心對齊，采集圖像（圖1）。使用DVS中Low Contrast Resolution測試，讀取iQC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，總數應大于17個。

圖1 MV-EPID獲取的iQC模體圖像

（2）圖像空間分辨率。同上，采集iQC模體圖像，使用DVS的Spatial Resolution測試，選擇能夠觀察到頻率最高的線對，其分辨率應大于0.6 lp/mm。

（3）圖像信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）：機架0，射野18 cm×18 cm，重復采集5張iQC模體射野圖像；分析圖像SNR，要求大于34 dB。

（4）成像裝置線性驗收。機架0，分別在18 cm×6 cm，18 cm×9 cm，18 cm×12 cm，18 cm×18 cm射野條件下采集iQC模體圖像，分析結果，最大偏差值應小于2%。

（5）成像裝置延遲驗收。在Continuous模式下連續獲得兩張iQC模體圖像；使用DVS的Ghosting評估，第二幀與第一幀信號之比應小于5%。

（6）MV-EPID和kV-EPID的中心到位精度驗證。使用激光燈將模體小球放到機械等中心的位置，分別將機架旋轉至0，90°，180°，270°采集圖像，小球中心與圖像中心標識的最大偏差應小于1 mm。

（7）MV-EPID和kV-EPID的到位重復性精度驗證。機架旋轉至0，將模體小球放到機械等中心的位置，采集圖像，重復打開EPID 5次，小球中心與圖像中心標識的最大偏差應小于1 mm。

（8）MV-EPID和kV-EPID的擺位精度驗證。將iQC模體放置在治療床面上，使模體上Marker1和Marker2所處區域的一端正對機架并使該區域中心大致處于等中心附近；將機架分別旋轉至0，90°，采集圖像；在配準軟件中，將DR圖像作為參考圖像，對原圖像和錯位一個鎢球點的圖像進行配準，計算偏移量，比較計算出的偏移量與兩個鎢球的實際距離，誤差應小于1 mm。

2 結果

輻射安全方面，設備連鎖項目正常有效；機械精度、射束性能和影像系統方面，驗收結果均滿足標準甚至更優，三個方面具體驗收結果數據，見表1～3。其中，除治療床旋轉中心大小與要求標準相同外，其余機械精度項目均較標準更優，機架旋轉中心與治療床移動誤差表現尤為明顯；長時間劑量穩定性均小于0.8%；影像系統檢測項目各項結果都較參考標準更優，在影像低對比度分辨率、空間分辨率和SNR等方面表現尤為突出。

表1 機械精度檢測結果數據

表2 劑量項目檢測結果數據（%）

表3 影像系統項目檢測結果數據

3 討論

近年來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，但大多數國產設備與進口設備相比仍存在一定差距，如在小劑量線性與重復性、射束軸位置、床的旋轉等中心等[16-17]方面。且目前已有的國產加速器射束均為均整模式，無法滿足臨床上日益增長的對高劑量率治療模式的需求。FFF模式下的超高劑量率可顯著縮短患者治療時間，提高治療效率，減小治療中患者位置的不確定性。本研究中的VenusX加速器能量為6 MV/FFF模式，填補了國產加速器在這一方面的空缺，有利于國產加速器非均整模式下相關調強照射技術的開展。

VenusX在很多方面與其他常規加速器存在差異。與傳統的C型臂加速器不同，VenusX的SAD為90 cm，這更有利于機械等中心較高精度的實現以及等中心處劑量率及射線質的提高，但目前國內外尚無針對90 cm SAD下射野劑量質控的相關標準，需謹慎進行。同時，為了留下更多的治療空間，機頭設計取消了光野燈，所以常規加速器質控中常用的十字線由一對機頭激光燈（分別指示Cross-line和In-line平面）代替。這一設計無疑改變了常規依賴燈光野進行質控監測項目的方式與方法，傳統設計中，十字線薄膜固定于機頭平面，對于光源、反光鏡以及膜片的整潔度等都有著較高的要求，并且需要對其位置精度進行定期的測試與調整。而新式機頭激光燈的指示相較于十字線更清晰，調試過程也相對簡單高效，但是對于其指示中心與射束中心的一致性測試也提出了新的要求。

VenusX的束流系統采用6 MV/FFF單光子模式，配合雙層正交多野光柵實現較為高效的射束調制，但相較于常規鉛門結合多葉光柵的機頭設計對日常質控工作提出了更高的要求，也勢必增加了質控項目的復雜性，但其較為完善的EPID設計及較為集成的DVS質控軟件較好的解決這個問題。已有研究證明EPID較好的空間分辨率和對比度分辨率的特點使其用于質控具有可行性[18-21]，并且這一過程更加量化了光柵的質控過程，相比于傳統MLC在光野燈下通過肉眼觀察其在坐標紙上的投影以及常規的膠片測試方法更為精確高效，且集成化軟件設計方便了測試數據的保存與分析，為下一步的質控與故障預測帶來可能。

綜上，多模態智能醫用直線加速器VenusX具備獨特的機械結構和機頭設計，是首臺具有FFF模式的國產醫用加速器，在遵循嚴格的安裝和調試過程后通過驗收，最終驗收結果表明其設備安全性、精確性和有效性均符合國家相關標準并滿足臨床要求。

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。