TrueBeam醫用直線加速器性能長期穩定性評價

張坤，李芳，李雅俊，吳湘陽

1.陜西省腫瘤醫院 放療科，陜西 西安 710061；2.西安交通大學第二附屬醫院 放療科，陜西 西安 710004

引言

加速器作為執行放射治療的關鍵設備，其性能穩定性將直接影響患者的治療效果。隨著多種復雜精確放射治療技術的廣泛應用，臨床工作中對加速器的劑量學精度、機械精度以及質控頻率與容差標準提出了更高的要求。瓦里安新一代TrueBeam醫用直線加速器采用了先進的數字化控制系統并配備高劑量率非均整模式（Flatter Filter-Free，FFF），適用于開展多種高精度放療技術[1-2]。我院自2015年啟用TrueBeam加速器，該設備每天平均工作時間約12 h。隨著設備長期使用，機械系統磨損、老化及故障等因素也將影響設備的精度。基于此，本研究以我院瓦里安TrueBeam加速器為研究對象，回顧性分析近5年（2016年6月至2021年6月）的質控數據，對設備關鍵性能參數的穩定性進行分析，旨在為該型號加速器的臨床應用及質控工作提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 實驗設備

瓦里安TrueBeam醫用直線加速器（6 MV、6 FFF兩檔X射線）、PTW UNIDOS E劑量儀及30013型指型電離室（0.6cc）、PTW OCTAVIUS 729矩陣探測器、Machine Performance Check（MPC）快速質控系統、氣壓表、溫度計等。

1.2 實驗方法

參照相關文獻[3-6]完成加速器的周期性質控，當性能參數接近或超過容差值時執行校準并密切關注其性能穩定性。結果為固定性周期質控結果，不含設備維修后的質控。

1.2.1 X射線輸出劑量穩定性

加速器機架及準直器0°，射野面積10 cm×10 cm，源皮距100 cm，電離室有效測量點位于射野中心及水下5 cm，并進行溫度、氣壓修正。加速器出束100 MU測量，重復3次計算平均值，獲取最大劑量點深度處吸收劑量。性能要求：≤基準值±2%；每周檢測1次。

1.2.2 X射線均整性穩定性

加速器機架及準直器0°，射野面積20 cm×20 cm，源皮距100 cm。PTW 729矩陣探測器上、下分別放置10、15 cm等效固體水用于劑量建成及反向散射。矩陣采集輻射野內的平面劑量分布，取輻射野均整區內（80%射野寬度范圍內）最大劑量點與最小劑量點，比值為平坦度（Flatness）參數。取輻射野均整區內射野中心軸上劑量偏差最大的對稱劑量點，比值為射野對稱性（Symmetry)，FFF模式又稱無均整模式，野內劑量峰型分布，只評價射野對稱性。性能要求：平坦度≤106%，對稱性≤103%；每月檢測1次。

1.2.3 機械性能參數穩定性

采用瓦里安MPC快速質控系統，MPC系統高度集成于TrueBeam直線加速器，利用KV、MV影像系統采集不同機架、準直器、治療床參數下模體的影像，通過自動圖像分析實現對加速器多種性能參數的獨立質控[7-8]。主要機械性能參數及性能要求：等中心大小≤±0.5 mm、機架旋轉角度偏差≤±0.3°、準直器旋轉角度偏差≤±0.3°、MV探測板位置偏差≤±0.5 mm、KV探測板位置偏差≤±0.5 mm、鎢門位置偏移≤±1 mm，多葉準直器（Multi-Leaf Collimator，MLC）葉片偏移≤±1 mm、治療床到位偏差≤±1 mm。每周檢測1次。

1.3 統計學分析

統計TrueBeam加速器2016年6月至2021年6月共5年的質控數據，包括260組周檢、60組月檢數據，并進行數據分析。

2 結果

2.1 輸出劑量穩定性

6 MV和6 FFF兩檔光子線輸出劑量結果如圖1所示，6 MV輸出劑量偏差為0.40%±0.76%，最大偏差2.80%。其中91.5%的測量值偏差在±1.5%以內，96.2%的測量值偏差在±2%以內。6 FFF輸出劑量偏差為0.42%±0.72%，最大偏差為2.86%。其中91.2%測量值偏差在±1.5%以內，96.5%的測量值偏差在±2%以內。

圖1 輸出劑量穩定性

2.2 均整性穩定性

均整性參數包括平坦度及對稱性，且均分為X軸、Y軸2個方向，結果如圖2～3所示，6 MV射線X軸方向平坦度偏差為104.01%±0.75%，最大偏差105.33%；Y軸平坦度偏差為103.80%±0.79%，最大偏差105.08%。6 MV射線在X軸方向對稱性偏差為100.74%±0.36%，最大偏差101.68%；Y軸對稱性偏差為101.03%±0.39%，最大偏差101.85%。6 FFF射線X軸對稱性偏差為100.88%±0.44%，最大偏差101.93%；Y軸對稱性偏差為100.81%±0.32%，最大偏差101.75%。

圖2 平坦度穩定性

圖3 對稱性穩定性

2.3 機械性能穩定性

如圖4所示，等中心偏移最大偏差+0.35 mm；準直器旋轉偏移（Collimation Rotation Offset）最大偏差為+0.24°；機架角度絕對偏移最大偏差-0.10°；MV探測板中心偏移最大偏差分別為+0.38 mm；KV探測板中心偏移最大偏差+0.34 mm。以上結果均遠低于容差值，且標準差均小于±0.1，表明上述參數均具備良好的穩定性。鎢門X1、X2、Y1、Y2最大偏移分別為 +0.70、-0.68、+0.40、+0.31 mm，均低于閾值，其中X方向鎢門最大偏移相對偏大。

圖4 機械性能參數穩定性

MLC A側及B側到位精度分別為（-0.42±0.06）、（0.39±0.08）mm，標準差均小于0.1。其中A側通過率為100%，B側通過率為99.6%。2019年10月執行MPC檢測時B側48號MLC到位超出容差值，偏移+1.21 mm，更換馬達及NUT后性能恢復正常。

治療床側向（Lat）、縱向（Lng）、升降（Vrt）、旋轉（Rtn）偏移最大偏差分別為+0.28、-0.63、-0.21、+0.05°，均在誤差允許范圍內，且標準差小于0.1，治療床運動精度及穩定性良好。

3 討論

醫用直線加速器性能準確性是保證放療精確實施的先決條件，更是放療流程質量保證的重要組成。Cai等[9]對TrueBeam加速器主要性能進行了3年的長期監測，結果顯示輸出劑量性能相對穩定，但隨時間推移有增加的趨勢。黃寶添等[10]基于QA Beam Checker Plus晨檢儀對TrueBeam加速器6 MV射線輸出劑量進行了18個月的跟蹤評價，結果顯示，輸出劑量偏差為±0.7%，均整度均在±1%以內，具有非常穩定的劑量特性。劉卓倫等[11]采用PTW電離室對3臺Varian加速器輸出劑量進行了15個月的跟蹤監測，結果顯示，設備輸出劑量長期穩定性良好，錯誤率為1%～2%。關于TrueBeam性能穩定性的研究多集中于劑量學參數穩定性，且多選擇在相對較短的時間內進行高頻率跟蹤監測，較少涉及設備機械性能穩定性監測。本研究回顧性分析我院TrueBeam加速器5年的質控數據，對加速器主要劑量學性能及機械性能的長期穩定性進行分析。結果顯示，加速器機械性能參數通過率最高，均整度性能及輸出劑量穩定性較好。

導致加速器性能波動的原因較多，其中最主要風險來自設備故障引起性能偏差。絕大部分故障可以觸發加速器內置聯鎖系統并及時停機，通常對患者的影響較小。而隱性故障，如未能觸發聯鎖或觸發聯鎖后消除的故障，往往易被忽視。此外未能及時發現也易造成較大影響，如電離室不穩定，MLC馬達性能下降，水溫、水壓、氣壓、電壓異常等。因此在日常質控及維護工作中除需遵循相應的指南要求外，還需在設備發生故障、維修后進行額外的質控，質控范圍需涵蓋維修工作可能影響到的所有質控項目[12]。如劑量系統維修更換電離室后，應進行輸出劑量、均整性、射線質等相關項目的質控。

除設備自身原因，質控工具及質控過程中的不確定性也是導致檢測結果存在偏差的重要原因，如質控流程中擺位及操作偏差、質控時設備預熱程度不一致、劑量儀及電離室修正因子偏差等。設置電離室和模體時易出現人為錯誤和設置不確定性，如電離室擺位過程中2 mm的不確定性可能導致0.4%的誤差[13]。同一天內機器運行超8 h的“熱機”狀態與機器預熱不足狀態的“冷機”狀態相比，輸出劑量可能會發生輕微變化[14]。劑量儀及配套電離室每年送至國家計量院進行校準，通常電離室吸收劑量校準因子Nx穩定在0.5%以內，有報道顯示校準因子偏差最大可達2.6%[15]。以上研究表明，進一步明確并規范質控流程及操作，有助于減少人或工具等因素對設備性能參數結果穩定性的干擾。

加速器質控工作項目繁多、流程相對復雜，涉及多種不同的檢測工具，如水箱、電離室、膠片、固體水等。同時質控要求、質控頻率的不斷提高也為質控工作人員帶來一定的困擾。快速質控工具在質控工作中的需求及比重逐漸增加，如晨檢儀、基于電子射野影像系統的快速質控工具等。Pearson等[16]建議在臨床工作中采用傳統質控質量控制與自動化質控結合的“混合型質量控制”方式完成設備的質控。混合質控模式即可以充分利用自動化質量控制程序簡單、便捷等優點，同時避免完全依賴自動化帶來的錯誤風險，從而節省時間和資源，減少工作人員的操作失誤，提高質控精度[17]。

4 結論

TrueBeam加速器在長期使用中各項關鍵參數，如劑量學性能、機械性能均表現出了優秀的長期穩定性。為減少偶發性設備故障等原因導致的性能偏差，建議在常規質控工作基礎上引入快速質控、日志自動分析系統等，實現高頻次的監測預警，可以有效減少治療中的風險；同時還應加強對設備預防性維修、維護，規范化設備維修、維護后的質控，維持機房內合理的溫度、濕度等，也有助于維持設備性能的穩定。隨著加速器設備的長期連續使用，進入設備設計壽命的中、后期時，設備性能能否持續保持穩定、可靠，還需進一步跟蹤調查。