TruebeamTM直線加速器的性能檢測和質量保證

黃寶添

TruebeamTM直線加速器的性能檢測和質量保證

黃寶添①

目的：通過對TruebeamTM直線加速器的機械參數、射野參數以及影像等中心和呼吸門控系統(tǒng)等進行測試，探討該加速器性能檢測和質量保證的內容及方法。方法：使用水平儀和坐標紙等測量機器的相關機械參數；使用膠片、三維水箱和劑量儀等測量機器的相關射野參數；使用IsocCal模體驗證影像等中心偏移；使用劑量儀驗證呼吸門控出束準確性。結果：所有測試的機械參數均在誤差允許范圍之內；在射野參數方面，光野射野一致性誤差＜1.2 mm，射束的平坦度＜105%(非均整射束除外)，對稱性＜102%，絕對劑量誤差＜1%；影像等中心偏差＜3 mm；實施呼吸門控時其劑量偏差＜0.5‰。結論：TruebeamTM直線加速器性能優(yōu)越，適合開展復雜的放射治療技術。

直線加速器；性能檢測；質量保證

[First-author’s address] Department of Radiation Oncology, Cancer Hospital of Shantou University Medical College, Shantou 515031, China.

美國Varian公司生產的TruebeamTM加速器是目前世界上最先進的直線加速器，該機器運用了大量創(chuàng)新技術，能在復雜的癌癥治療過程中同步處理圖像，即使腫瘤在治療期間因患者的呼吸不斷移動，系統(tǒng)依然可以準確捕捉腫瘤的最新位置。通過非均整射束模式(FFF模式)，系統(tǒng)能夠準確和快速地提供數倍于前幾代技術的劑量率，從而大大縮短了治療時間[1]。

本研究從物理和工程技術角度探討該機器的性能檢測和質量保證內容及方法[2]。

1 材料與方法

1.1 設備與材料

美國Varian公司TruebeamTM直線加速器；德國PTW公司MP3型三維水箱及MEPHYSTO mc2治療射束分析系統(tǒng)；美國Standard imaging公司Supermax型劑量儀及A12型指型電離室；美國Kodak公司EDR2慢感光膠片，隨機配備的前指針；上海自動化儀表廠水銀溫度計；南京科航實驗儀器有限公司DYM3型空盒氣壓表；沈陽水平儀廠框式水平儀；美國starrett公司水平儀、德國IBA公司固體水模體；廣州科萊瑞迪醫(yī)療器材有限公司KT-KAR型小水箱以及進口坐標紙。

1.2 機械參數測量內容及方法

(1)十字線穩(wěn)定性。利用框式水平儀確定機架在絕對0o，治療床面升至SSD=100 cm位置，床面放置一白紙并置于光野中心處。打開光野，在十字線交點投影處以點位標記(點A)，旋轉小機頭至最大角度，記錄此時十字線交點在紙上的投影位置(點B)，點A與點B之間的允許誤差≤1 mm。

(2)機架等中心穩(wěn)定性。機架和小機頭角度為絕對0o，使用經校準過的前指針并將刻度固定在100 cm處，將一針頭固定于治療床尾位置并與前指針尖端中心處剛好相接。機架旋轉至270o、0o、90o和180o位置，分別讀取十字線交點處與針尖的位置偏離，4個機架角度的最大位移允許誤差≤2 mm[3]。

(3)治療床旋轉中心穩(wěn)定性。方法與(1)類似，旋轉小機頭相應地換成旋轉治療床，允許誤差≤2 mm。

(4)激光線定位系統(tǒng)指示。兩側墻激光束必須嚴格水平重合，并與天花板和床尾上的垂直激光束嚴格相交，其交點必須與等中心嚴格重合，允許誤差＜1 mm。

(5)光距尺(ODI)指示精度。治療床面升至SSD=100 cm位置，然后將5 cm和10 cm高的標準模體放置在等中心處，觀察光距尺的讀數是否為95 cm和90 cm，允許誤差≤1 mm。

(6)機架讀數指示誤差。機架旋轉至270o、0o、90o和180o的位置，用框式水平儀分別緊靠機頭平面，微調機架角度使水平儀上氣泡剛好處于中間位置，記錄此時In room monitor上機架的讀數，讀數差別≤0.5o。

(7)小機頭讀數指示誤差。小機頭讀數置于0o，在地面轉盤上放置一張帶直線刻度紙板，調節(jié)紙板位置，使紙上黑線剛好與機頭十字線的一條(Radial方向)完全重合，順、逆時針轉動機架，此時若紙板上黑線與機頭十字線偏移，表明小機頭不在0o位置，應微調小機頭位置，使機頭十字線與紙板上黑線完全重合，此時小機頭角度為絕對0o；讀取此時In room monitor上Collimator的讀數，用類似方法分別測試小機頭在270o和90o的位置指示誤差，讀數差別應≤0.5o。

(8)治療床旋轉角度讀數指示誤差。首先保證機架和小機頭處于絕對0o，治療床讀數置于0o，然后將一針頭固定于治療床尾位置，調整針尖位置以保證其與十字線Transverse方向重合，觀察在進床過程中針尖是否始終與十字線重合，若不重合則表明此時治療床并未處于0o位置，需通過調整床的角度保證進床過程中針尖始終與十字線重合。此時，治療床處于絕對0o，讀取此時In room monitor上治療床旋轉角度數值。用類似方法分別測試床在270o和90o的位置準確性，讀數差別≤0.5o。

(9)鉛門到位精度。將機架和小機頭置于0o，在床面等中心處放置坐標紙，鉛門Y2方向分別到達坐標紙上的15.0 cm、10.0 cm、0.0 cm及-10.0 cm位置時，讀取In room monitor上鉛門Y2方向的數值。用類似方法分別測試鉛門Y1，X1和X2方向的到位精度(X1和X2方向只能到達-2.0 cm位置)，精度誤差≤1 mm。

1.3 射野參數測量內容及方法

(1)光野射野一致性驗證[4]。機架和小機頭角度置于0o，通過鉛門到位精度保證光野讀數的準確性，治療床面升至SSD=100 cm位置，在床面等中心處放置Kodak公司的EDR2膠片(帶保護袋)，固定住膠片并打開光野，用工具刀在鉛門4個方向半影處各扎2個小孔作為光野標記，最后在膠片上面放置1 cm厚的固體水模體以增加圖像對比度，分別對TruebeamTM加速器的6X、6XFFF、10X和10XFFF四檔光子線能量分別出350 MU，洗片后觀察光野和射野的重合程度，最大允許誤差應≤2 mm。

(2)光子線射線質一致性測定。機架和小機頭角度置于0o，SSD=100 cm，射野大小為10 cm×10 cm，利用PTW公司的三維水箱測量6X、6XFFF、10X和10XFFF 4檔光子線的百分深度曲線(PDD)，并利用分析軟件讀出其20 cm和10 cm處的吸收劑量比值(TPR20，10)，連續(xù)3次測量偏差＜2%。

(3)電子線射線質一致性測定。機架和小機頭角度置于0o，SSD=100 cm，照射野為20 cm×20 cm，利用PTW公司的三維水箱測量5檔電子線(6E、9E、12E、16E和20E)的PDD，然后利用分析軟件讀出其50%劑量深度R50，最后通過查表得到射線表面能量E0，連續(xù)3次測量偏差＜2%。

(4)射線的平坦度和對稱性測量。機架和小機頭角度置于0o，SSD=100 cm，射野大小為20 cm×20 cm，利用PTW公司的三維水箱測量6X、6XFFF、10X和10XFFF 4檔光子線在水下10 cm處的離軸比曲線(Profile)；電子線(6E、9E、12E、16E和20E)的Profile曲線在射野大小為20 cm×20 cm且水深為dmax處測量。測量完畢后利用隨機自帶的分析軟件讀出其(Radial和Transverse)平坦度和對稱性數值。對于均整射束(FF射束)，其平坦度允許誤差應≤106%，無論對于均整射束還是非均整射束(FFF射束)其對稱性允許誤差均≤103%。

(5)絕對劑量測量。6X和6XFFF光子線的校準深度為水下5 cm，10X和10XFFF的校準深度為水下10 cm；而電子線的校準深度則在dmax處，其方法是將機架與準直器角度均置于0o，SSD=100 cm，照射野為10cm×10 cm，將電離室中心放在水中校準深度，連續(xù)測量3次，取其平均值，劑量誤差≤2%[5]。具體劑量測量公式根據IAEA 277號文件進行[6-7]。水中吸收劑量計算如公式1、公式2：

式中ND為電離室空腔的吸收劑量校準因子；Mu為經過溫度、氣壓修正過的劑量儀讀數；Sw,air為校準深度處水對空氣的平均阻止本領比；Pu為擾動因子；Pcel為電離室中心收集極空氣不完全等效修正因子；Nx為計量檢定部門給出照射量校準因子(由省級輻射劑量校準部門測量給出)；W/e為在空氣中形成一對離子所消耗的平均能量(W/e=33.97 J/kg)；Katt為校準電離室時，電離室室壁及平衡帽對校準輻射的吸收和散射修正；Km為電離室室壁及平衡帽的材料對校準輻射空氣不完全等效而引起的修正[8]。

1.4 影像等中心校準

使用隨機附帶的IsoCal模體，將其安裝在治療床的末端，使該模體上的凹槽位置與機架十字線重合，并在加速器小機頭上安裝衰減版(Partial attenuation plate)。進入治療系統(tǒng)的等中心校準(Isocenter calibration)界面，按照系統(tǒng)提示完成影像的校準后，軟件會自動給出機械等中心與kV和MV級影像中心的偏差結果，任意方向的kV或MV級影像中心與機械等中心的最大位移不應≤3 mm[9]。

1.5 呼吸門控系統(tǒng)的質量保證

該部分內容按文獻10所示方法進行，有無呼吸門控實施時劑量差異應＜0.5‰。

2 結果

TruebeamTM加速器的所有性能測試結果見表1。

光射野一致性驗證結果如圖1所示；6 X和6XFFF能量光子線的平坦度對稱性測試結果如圖2所示，其他能量射束與此類似；影像等中心測量結果如圖3所示。

圖1 光射野一致性測量結果圖

圖2 6X能量光子線平坦度和對稱性曲線圖

表1 TruebeamTM加速器的性能測試結果

圖3 影像等中心偏差測量圖

3 討論

電子直線加速器在現代腫瘤放射治療中起著非常重要的作用，其機械和影像性能等參數是影響放射治療質量的重要因素[13]。根據美國醫(yī)學物理學家協(xié)會標準和中華醫(yī)學會放射腫瘤學會提出的質量控制要求，應定期對直線加速器進行質量控制檢查[14]。而TruebeamTM加速器是當今國內使用較廣泛同時也是最先進的加速器，因此，有必要對其性能進行全面檢測，并提供嚴格的質量保證措施。

本研究的測試結果顯示，TruebeamTM的相關性能指標均在誤差范圍之內，很好地滿足了臨床要求。經過兩年半的反復測量研究，發(fā)現該機器的機械性能穩(wěn)定，絕大部分的機械和射野性能參數均未超出誤差范圍[15]。另一優(yōu)點是影像校準系統(tǒng)全部采用自動化進行，只要擺好模體位置，其余工作則可在控制室里根據系統(tǒng)提示操作完成，從而極大提高了工作效率。此外，該機器呼吸門控系統(tǒng)出束部分控制得非常精確，劑量誤差未出現超標的情況，且絕大部分情況下呼吸門控的劑量誤差僅為0.4‰。

不足之處：①激光定位系統(tǒng)容易受到外界的干擾而出現偏移；②發(fā)生電離室故障的概率較高，2011年裝機以來，出現過一次由于電離室故障而導致治療系統(tǒng)不斷出現錯誤報告的情況，嚴重影響了治療的進度，類似的故障現象曾在國內其他單位出現過；③MV級影像數據采集部分還存在著一定的缺點，如采集不到影像資料等，這些硬件問題尚需進一步改進。

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Performance test and quality assurance of TruebeamTM

HUANG Bao-tian// China Medical Equipment,2015,12(1):50-53.

Objective: To set up the procedures of performance test and quality assurance of TruebeamTMby measuring the mechanical parameters, field parameters, imaging isocenter and respiratory gating systems. Methods: Utilize level and graph paper to test the mechanical parameters; Utilize the film, 3D water tank and dosimeter to measure the corresponding field parameters; Utilize IsocCal phantom to test the shift of imaging isocenter and to use dosimeter to verify the beam on accuracy of respiratory gating systems. Results: All of the tested mechanical parameters were within the tolerance. The coincidence of light field and radiation field was less than 1.2 mm. The flatness was less than 105% except for the flattening filter free beam and the symmetry was less than 102%. The absolute dose error was less than 1%. The shift of imaging isocenter was less than 3 mm and the dose error was within 0.5‰ when the respiratory gating function was implemented. Conclusion: TruebeamTMpossesses superior mechanical performance and is very suitable to carry out complicated radiotherapy techniques.

Linear accelerator; Performance test; Quality assurance

黃寶添,男,(1983- ),碩士，工程師。汕頭大學醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院放療科，從事加速器的質量控制工作。

1672-8270(2015)01-0050-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.016

2014-02-12

①汕頭大學醫(yī)學院附屬腫瘤醫(yī)院放療科 廣東 汕頭 515031