基于雷泰医疗多模态智能直线加速器VenusX的验收测试

中国人民解放军总医院第一医学中心 放射治疗科，北京 100853

引言

放射治疗作为三大肿瘤治疗手段之一，近些年发展迅速，各种放疗新技术的开展，对作为放疗主要实施设备的医用电子直线加速器提出了更高的要求[1-2]。而严格的质量控制是保证计划剂量准确无误执行的前提。作为放射治疗设备管理的重要组成部分，直线加速器的验收是确保放射治疗设备质量和安全应用的核心环节[3-4]。验收时一般要求医院高年资物理师和厂家技术工程师共同进行，根据厂家提供的设备性能、技术参数和配置清单逐一检查。各个厂家遵循国际及国家相关标准制定各自的验收手册，工程师会遵照厂家标准进行调试；另一方面，医院人员验收时按照验收手册并参考国际及国家相关标准进行验收。需要注意的是验收各项指标方法的正确性和准确性，还有一些指标的可调性与稳定性，可根据临床需求在合理范围内提高各项指标的精度[5]。雷泰医疗的多模态智能医用直线加速器VenusX作为一种新型的非均整（Flattering Filter Free，FFF）模式[6-7]加速器，在机械设计方面有其特点，本研究参照国家相关标准对其各项技术指标进行临床验收，验证验收方法的可靠性，确定其临床应用的精确性、有效性及安全性。

1 材料与方法

1.1 设备与仪器

VenusX同时配置MV级及kV级CBCT系统，最大射野40 cm×40 cm；配备上下各51对正交双层光栅，其中上层光栅最小厚度6 mm，速度为6cm/s；下层光栅最小厚度4 mm，速度为5 cm/s；SAD为90 cm，最大治疗空间45 cm。

测试仪器包括IBA Dose1剂量仪（IBA Dosimetry inc.，Schwarzenbruck， Germany）、IBA 指型电离室；IBA Blue Phantom三维水箱，IBA CC13指型电离室及其配套分析软件。其他仪器包括气压计、温度计、RW3固体水、校准好的前指针、钢板尺、坐标纸、卷尺、水平仪、厂商配备的iQC验证模体及“一键QA”放疗质控系统（Device Verification System，DVS）分析软件。

1.2 测试项目与方法

验收范围包括辐射安全测试、MV与kV影像系统测试、机械精度测试、射束性能测试。参考国家相关标准[8-11]和AAPM TG-142报告[12]制定本测试项目与方法。

1.2.1 辐射安全

根据国家标准相关建议[11-12]，结合临床相关风险，首先对防护门连锁、紧急开门、视听监控设备、出束状态指示灯、防碰撞连锁功能、紧急开关功能等辐射安全连锁设置进行测试，确保其正常工作。

1.2.2 机械精度

（1）机架旋转中心。DVS选择Gantry Rtn测试项，开启EPID等硬件；分别在机架角度为0、45°、90°、200°、245°和290°条件下，加速器出束1 MU，采集位于等中心位置的iQC模体的EPID图像；使用DVS软件对图像进行验证分析。

（2）机架旋转角度及数显。分别在机架0、90°、180°和270°条件下，在机头平面合适方向放置水平仪，调至角度位置对应水平仪读数，读取加速器读数并比对。

（3）墙壁激光线。调节激光线至尽可能细，利用坐标纸验证激光线在等中心处的宽度；机架角0，手持硬质半透明坐标纸，垂直平移至等中心位置，期间调整治疗床两侧激光灯，使其在等中心高度重合；同时调整天花板激光灯，使其在治疗床上形成的y轴方向的竖线也与机头激光竖线重合，验证其在等中心处的精度。

（4）机头激光线在等中心处的精度。以机架角度0、治疗床面位于等中心高度、机头垂直方向时，激光线竖线在床面坐标纸上的位置为基准；分别旋转机架至90、270°，观察调整激光线在坐标纸上的投影，验证其在等中心处的精度。

（5）光距尺指示精度。机架角度为0，使用校准后长度为90 cm的前指针调整治疗床面到等中心高度，观察光距尺在床面的指示距离与实际值的偏差；移除前指针，在床面放置高度为10 cm的模体，观察模体上光距尺的示数与实际值的偏差；保持模体不动，调整床面高度直到光距尺显示SSD=90 cm，移除模体，观察光距尺在床面的示数，验证光距尺的精度。

（6）治疗床旋转角度及数显。机架角度为0、调整床面至等中心高度，坐标纸平放于治疗床面，其中心十字线与机头激光线对齐，标记当前机头激光线在坐标纸上的位置；进床20 cm，再标记激光十字线在坐标纸的位置，将两次标记的位置连线，此线与激光线在y方向的夹角应满足性能要求；同上，检测治疗床其他角度的显示准确性：重新将坐标纸中心十字线和激光十字线对齐，旋转治疗床到90°、270°，使激光十字线与坐标纸对应的刻度线对齐，记录对应的治疗床数字显示值、床底座刻度值，验证治疗床旋转角度。

（7）治疗床纵向与横向移动及数显。机架角度为0、治疗床零位，调整床面至等中心高度；沿治疗床y轴固定钢板尺于床面，依次进床20、40、60和70 cm，记录机头激光线在直尺的投影位置，验证治疗床纵向移动精度。同理验证治疗床横向、垂直向移动及数显。

（8）光栅叶片到位精度。一层光栅开到最大位置，另一层光栅分别使叶片不停运动若干距离；在机架角度为0、90°（270°）条件下使用EPID采集图像进行到位精度验证分析。

（9）光栅叶片到位重复性。机架角度为0，一层光栅开到最大位置，另一层光栅分别使叶片不停运动若干距离，使用EPID采集图像，重复上述过程5遍进行到位重复性精度验证分析。

1.2.3 射束性能（均在机架和小机头角度0、SSD=90 cm条件下）

（1）射线质一致性。射野10 cm×10 cm时，利用IBA三维水箱测量6 MV光子线的百分深度剂量曲线，分析读出其20 cm和10 cm处的吸收剂量比值（TPR20，10），连续3次测量偏差应≤2%。

（2）射野对称性。射野10 cm×10 cm时，用上述水箱测量6 MV光子线在水下10 cm处的离轴比曲线；读出对称性数值。

（3）输出剂量稳定性。将0.6 cc电离室放在组合固体水下5 cm中心轴处，在10 cm×10 cm 射野下出束200 MU，读取剂量仪数值，重复5次与基数进行比较，两者偏差应在±1%范围内。

（4）监测电离室稳定性。射野10 cm×10 cm下出束200 MU，重复3次分别记录通道1（MU1和）通道2（MU2）的平均读数，比较两者偏差应不大于2%。

（5）MU线性。射野10 cm×10 cm，剂量率1000 MU/min，分别出束100、300、500、700和900 MU，并记录；最大偏差应不大于标准值的2%。

（6）高剂量辐照后的稳定性。对剂量仪进行温度气压较准，标准测试条件下，加速器经过至少30 min的待机状态，进入准备状态后立刻出束200 MU，记录测量值R1；正常治疗距离处吸收剂量为100 Gy或是以最大剂量率运行30 min的高剂量辐照后，立即出束200 MU，记录测量值R2；两次测量值的偏差应≤2%。

（7）剂量日稳定性。剂量仪进行温度气压较准后，标准测试条件下，加速器经过至少30 min的待机状态进入准备状态后，出束200 MU并重复5次，记录计算平均值；然后进行8 h连续周期运行，每个周期在常用剂量率下辐照400 MU后停止10 min，周期运行后重复出束200 MU 5次，记录计算平均值；两次测量值的偏差应≤2%。

（8）剂量周稳定性。剂量仪进行温度气压较准后，标准测试条件下，加速器经过至少30 min的待机状态，进入准备状态后，出束200 MU并重复5次，记录计算平均值；连续5 d，每天开机执行上述测试；根据标准，计算偏差值，偏差值应≤标准值的2%。

1.2.4 影像系统

主要包括EPID成像板性能和MV，kV影像系统的位置精度验证，验证过程中，需打开EPID，加速器出束1 MU，使用EPID采集图像并用DVS进行分析。

（1）图像低对比度分辨率。机架旋转至0，将iQC模体放置于影像板上并与加速器中心对齐，采集图像（图1）。使用DVS中Low Contrast Resolution测试，读取iQC模体成像中各低对比度分辨率，验证配件区域所观察到的孔的个数，总数应大于17个。

图1 MV-EPID获取的iQC模体图像

（2）图像空间分辨率。同上，采集iQC模体图像，使用DVS的Spatial Resolution测试，选择能够观察到频率最高的线对，其分辨率应大于0.6 lp/mm。

（3）图像信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）：机架0，射野18 cm×18 cm，重复采集5张iQC模体射野图像；分析图像SNR，要求大于34 dB。

（4）成像装置线性验收。机架0，分别在18 cm×6 cm，18 cm×9 cm，18 cm×12 cm，18 cm×18 cm射野条件下采集iQC模体图像，分析结果，最大偏差值应小于2%。

（5）成像装置延迟验收。在Continuous模式下连续获得两张iQC模体图像；使用DVS的Ghosting评估，第二帧与第一帧信号之比应小于5%。

（6）MV-EPID和kV-EPID的中心到位精度验证。使用激光灯将模体小球放到机械等中心的位置，分别将机架旋转至0，90°，180°，270°采集图像，小球中心与图像中心标识的最大偏差应小于1 mm。

（7）MV-EPID和kV-EPID的到位重复性精度验证。机架旋转至0，将模体小球放到机械等中心的位置，采集图像，重复打开EPID 5次，小球中心与图像中心标识的最大偏差应小于1 mm。

（8）MV-EPID和kV-EPID的摆位精度验证。将iQC模体放置在治疗床面上，使模体上Marker1和Marker2所处区域的一端正对机架并使该区域中心大致处于等中心附近；将机架分别旋转至0，90°，采集图像；在配准软件中，将DR图像作为参考图像，对原图像和错位一个钨球点的图像进行配准，计算偏移量，比较计算出的偏移量与两个钨球的实际距离，误差应小于1 mm。

2 结果

辐射安全方面，设备连锁项目正常有效；机械精度、射束性能和影像系统方面，验收结果均满足标准甚至更优，三个方面具体验收结果数据，见表1～3。其中，除治疗床旋转中心大小与要求标准相同外，其余机械精度项目均较标准更优，机架旋转中心与治疗床移动误差表现尤为明显；长时间剂量稳定性均小于0.8%；影像系统检测项目各项结果都较参考标准更优，在影像低对比度分辨率、空间分辨率和SNR等方面表现尤为突出。

表1 机械精度检测结果数据

表2 剂量项目检测结果数据（%）

表3 影像系统项目检测结果数据

3 讨论

近年来国产医用加速器在技术质量以及产品的一致性和稳定性方面都得到了不同程度的提升，但大多数国产设备与进口设备相比仍存在一定差距，如在小剂量线性与重复性、射束轴位置、床的旋转等中心等[16-17]方面。且目前已有的国产加速器射束均为均整模式，无法满足临床上日益增长的对高剂量率治疗模式的需求。FFF模式下的超高剂量率可显著缩短患者治疗时间，提高治疗效率，减小治疗中患者位置的不确定性。本研究中的VenusX加速器能量为6 MV/FFF模式，填补了国产加速器在这一方面的空缺，有利于国产加速器非均整模式下相关调强照射技术的开展。

VenusX在很多方面与其他常规加速器存在差异。与传统的C型臂加速器不同，VenusX的SAD为90 cm，这更有利于机械等中心较高精度的实现以及等中心处剂量率及射线质的提高，但目前国内外尚无针对90 cm SAD下射野剂量质控的相关标准，需谨慎进行。同时，为了留下更多的治疗空间，机头设计取消了光野灯，所以常规加速器质控中常用的十字线由一对机头激光灯（分别指示Cross-line和In-line平面）代替。这一设计无疑改变了常规依赖灯光野进行质控监测项目的方式与方法，传统设计中，十字线薄膜固定于机头平面，对于光源、反光镜以及膜片的整洁度等都有着较高的要求，并且需要对其位置精度进行定期的测试与调整。而新式机头激光灯的指示相较于十字线更清晰，调试过程也相对简单高效，但是对于其指示中心与射束中心的一致性测试也提出了新的要求。

VenusX的束流系统采用6 MV/FFF单光子模式，配合双层正交多野光栅实现较为高效的射束调制，但相较于常规铅门结合多叶光栅的机头设计对日常质控工作提出了更高的要求，也势必增加了质控项目的复杂性，但其较为完善的EPID设计及较为集成的DVS质控软件较好的解决这个问题。已有研究证明EPID较好的空间分辨率和对比度分辨率的特点使其用于质控具有可行性[18-21]，并且这一过程更加量化了光栅的质控过程，相比于传统MLC在光野灯下通过肉眼观察其在坐标纸上的投影以及常规的胶片测试方法更为精确高效，且集成化软件设计方便了测试数据的保存与分析，为下一步的质控与故障预测带来可能。

综上，多模态智能医用直线加速器VenusX具备独特的机械结构和机头设计，是首台具有FFF模式的国产医用加速器，在遵循严格的安装和调试过程后通过验收，最终验收结果表明其设备安全性、精确性和有效性均符合国家相关标准并满足临床要求。

致谢

感谢雷泰医疗关睿雪等工程技术人员提供的技术支持。