基于機械性能檢測研究醫用直線加速器機械性能的穩定性

鄧春燕，張基永，林珠，黃寶添（通信作者）

汕頭大學醫學院附屬腫瘤醫院放療科 （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胞，同時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]。醫用直線加速器是醫院實施放射治療的主要設備[2]，定期對其進行質量保證（quality assurance，QA）和質量控制（quality control，QC）檢測作為標準的放射治療流程，其目的是驗證設備機械性能是否在臨床使用規范的誤差范圍內，確保設備穩定運行，以及獲得高質量、高精度的放射治療效果[3-5]。目前，醫用直線加速器的機械性能穩定性主要依靠物理師進行日常QA、QC檢測，這往往需要花費大量的時間執行各項操作，若可以通過機械自動進行檢測，將能夠極大地減少人力和時間消耗。

機械性能檢測（machine performance check，MPC）是Varian 公司開發的被應用于TrueBeam 系列直線加速束流和幾何性能驗證的工具，用來驗證TrueBeam 系統的一些關鍵功能是否在臨床規定范圍內，確保其不會明顯偏離驗收、調試或維修后獲取的基準數據[6]。MPC 通過kV-MV 成像系統進行自動檢測，可在幾分鐘內評估設備的幾何性能。當執行MPC 時，MPC 軟件自動采集一系列kV-MV 圖像，獲取射束屬性及機械參數，而獲取到的圖像信息會被立即處理，并可在極短時間內顯示出結果，方便檢測者快速地評估檢測結果是否在系統規定的范圍內。

本研究的觀察對象為Varian公司生產的TrueBeam SN1093醫用直線加速器，該設備于2011年10月被正式投入使用，并于2019年10月由Varian公司工程師對其進行了系統升級，由原來的1.5版本升級到2.5版本，由此引入了MPC技術。本研究通過持續進行了3個多月（每周檢測1～2次）的MPC觀察我院TrueBeam SN1093醫用直線加速器的長期穩定性。

1 材料與方法

1.1 材料

Varian TrueBeam SN1093醫用直線加速器；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 個碳化鎢軸承球（直徑均為4 mm）。當被用于成像儀系統校準時，IsoCal 模體通過一個連接在附件槽上的固定裝置（固定器）中心的鋼銷固定，當被用于MPC 時，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；然后伸出機載影像系統（on board imager，OBI）及MV 探測器，調出MPC 檢測軟件，根據提示，采集一系列kV 和MV 圖像。

圖1 MPC 模體擺位

待調用MPC軟件采集到一系列kV和MV圖像后，可對圖像進行即時分析處理，評估項目如下。（1）輻射等中心點：輻射等中心點是醫用直線加速器的重要特征[9]，在進行MPC時，主要檢測了關于輻射等中心點的以下項目，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）的中心點距輻射等中心質心投影的最大距離，這對于校準輻射和成像等中心及錐形束CT（cone beam CT，CBCT）圖像質量非常重要[7，10]。（2）射束：MPC可以通過電子射野影像裝置（electronic portal imaging device，EPID）評估射束的穩定性，檢測的項目包括射束輸出變化、射束均勻度變化及射束中心偏移。（3）準直器：準直系統包括了多葉光柵（multi leaf collimator，MLC）和光欄兩部分，每個MLC葉片的定位精度通過使用具有交替葉片的靜態梳狀圖案確定（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，射野大小按1.5進行縮放，因此使用18 cm×18 cm（成像儀水平的27 cm側）作為最大的射野大小，以實現可靠的射野緣檢測]；此外，MPC還測量了準直系統的旋轉偏移量，通過MLC靜態梳狀圖案在機架處于0°時對5個準直器旋轉角度進行采集（圖2b～f）。（4）機架：MPC工具評估了醫用直線加速器機架定位系統的兩個特性，即絕對值和相對值，這兩個特性通過MV成像儀獲取8個具有代表性的機架角度（0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°）的值完成評估。（5）治療床：MPC根據參考位置，使用MV和kV圖像與IsoCal模體建立固定的空間坐標系，評估不同治療床軸的定位精度，隨后移動不同的治療床軸距離，治療床軸的實際距離可在此參考系統中確定，治療床檢測的位置參數及指標見表1。

圖2 MLC 梳狀圖案

表1 治療床檢測的位置參數及指標

2 結果

2.1 MPC 的機械性能參數的閾值和結果

對每一個參數，MPC 系統都設置了一個閾值（表2），當測量的實際值接近設定閾值極限的10%時，MPC 會提示檢測者檢測通過但接近失敗；當測量的實際值超出設定的閾值時，MPC 會提示檢測者檢測不通過；當測量的實際值遠小于設定的閾值時，則會提示檢測通過。由表2可知，檢測的所有性能參數均在閾值范圍內，其中光欄Y1偏移為（1.25±0.06）mm，在4個光欄偏移值中最大，雖未超出閾值，但是檢測者可以在此基礎上持續觀測，或通過人工方式進行檢測，確保其未超出臨床規范值，從而保證放射治療效果，避免醫療事故的發生。

表2 MPC 的機械性能參數的閾值和結果

2.2 MLC 和光欄檢測的結果

圖3為MLC 和光欄檢測的趨勢圖，其中橫坐標顯示的是檢測時間，縱坐標則指示了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間內變化相對較穩定，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，但經長期觀測，X、Y 方向的偏移均比較穩定，未出現較大的偏移量。

圖3 MLC 和光欄檢測的趨勢圖

3 討論

為提高放射治療的準確性，達到精準治療的目的，避免醫療事故的發生，必須定期對醫用直線加速器進行QA 及QC 檢測工作，以保證醫用直線加速器在臨床規定的誤差范圍內使用[5]。

傳統檢測醫用直線加速器機械性能的方法需要耗費大量的人力與時間，且對于某些項目，如MLC 每個葉片的偏移量檢測，是無法依靠人工來檢測的；而MPC 工具只需要約10 min 即可完成半自動地檢測機器，具有快速可靠、易于使用的優點，可在極短時間內對醫用直線加速器的機械性能參數進行檢測，提供了目前傳統檢測無法實現的每日快速機械測試，避免過多占用臨床治療時間對機器進行日檢，對于臨床QA 及QC 而言是非常有用的檢測工具，可執行性及可靠性較高。

此外，本研究結果表明，我院的Varian TrueBeam SN1093醫用直線加速器的機械性能參數（包括準直系統、機架旋轉系統、治療床系統及圖像系統）具有高度的長期穩定性，可供臨床實施放射治療使用。