基于机械性能检测研究医用直线加速器机械性能的稳定性

邓春燕，张基永，林珠，黄宝添（通信作者）

汕头大学医学院附属肿瘤医院放疗科 （广东汕头 515000）

放射治疗是指利用X（γ）射线或其他电离辐射射线的放射性杀死肿瘤细胞，同时使周围正常组织和器官尽可能少受或免受不必要照射的一种局部治疗方法[1]。医用直线加速器是医院实施放射治疗的主要设备[2]，定期对其进行质量保证（quality assurance，QA）和质量控制（quality control，QC）检测作为标准的放射治疗流程，其目的是验证设备机械性能是否在临床使用规范的误差范围内，确保设备稳定运行，以及获得高质量、高精度的放射治疗效果[3-5]。目前，医用直线加速器的机械性能稳定性主要依靠物理师进行日常QA、QC检测，这往往需要花费大量的时间执行各项操作，若可以通过机械自动进行检测，将能够极大地减少人力和时间消耗。

机械性能检测（machine performance check，MPC）是Varian 公司开发的被应用于TrueBeam 系列直线加速束流和几何性能验证的工具，用来验证TrueBeam 系统的一些关键功能是否在临床规定范围内，确保其不会明显偏离验收、调试或维修后获取的基准数据[6]。MPC 通过kV-MV 成像系统进行自动检测，可在几分钟内评估设备的几何性能。当执行MPC 时，MPC 软件自动采集一系列kV-MV 图像，获取射束属性及机械参数，而获取到的图像信息会被立即处理，并可在极短时间内显示出结果，方便检测者快速地评估检测结果是否在系统规定的范围内。

本研究的观察对象为Varian公司生产的TrueBeam SN1093医用直线加速器，该设备于2011年10月被正式投入使用，并于2019年10月由Varian公司工程师对其进行了系统升级，由原来的1.5版本升级到2.5版本，由此引入了MPC技术。本研究通过持续进行了3个多月（每周检测1～2次）的MPC观察我院TrueBeam SN1093医用直线加速器的长期稳定性。

1 材料与方法

1.1 材料

Varian TrueBeam SN1093医用直线加速器；IsoCal 模体；MPC 模体专用支架；Stanley 水平尺。

1.2 方法

为了执行MPC 操作，首先需要使用特定的支架将MPC模体[IsoCal 模体，是一个直径和长度均为23 cm 的空心圆柱体，在此模体上镶嵌有16 个碳化钨轴承球（直径均为4 mm）。当被用于成像仪系统校准时，IsoCal 模体通过一个连接在附件槽上的固定装置（固定器）中心的钢销固定，当被用于MPC 时，IsoCal 模体则不再使用这种固定装置，而是使用专用支架将其安装在治疗床上[7-8]]固定在治疗床上H2卡槽位置，然后通过将激光灯与模体上的水平、垂直和中线凹槽对齐完成摆位（图1），为了保证模体的水平度，可在模体上放置一把水平尺辅助摆位，确保模体处于水平状态；然后伸出机载影像系统（on board imager，OBI）及MV 探测器，调出MPC 检测软件，根据提示，采集一系列kV 和MV 图像。

图1 MPC 模体摆位

待调用MPC软件采集到一系列kV和MV图像后，可对图像进行即时分析处理，评估项目如下。（1）辐射等中心点：辐射等中心点是医用直线加速器的重要特征[9]，在进行MPC时，主要检测了关于辐射等中心点的以下项目，即等中心的大小和kV/MV成像仪的投影偏移，其中，kV/MV成像仪的投影偏移描述了成像仪（kV/MV接收器）的中心点距辐射等中心质心投影的最大距离，这对于校准辐射和成像等中心及锥形束CT（cone beam CT，CBCT）图像质量非常重要[7，10]。（2）射束：MPC可以通过电子射野影像装置（electronic portal imaging device，EPID）评估射束的稳定性，检测的项目包括射束输出变化、射束均匀度变化及射束中心偏移。（3）准直器：准直系统包括了多叶光栅（multi leaf collimator，MLC）和光栏两部分，每个MLC叶片的定位精度通过使用具有交替叶片的静态梳状图案确定（图2a），其测量的是MLC叶片顶端（叶尖）至MLC中心线的距离；MPC通过对称的18 cm×18 cm射野检测光栏边缘到MLC旋转中心的距离[选择18 cm×18 cm的射野大小与成像仪的大小（40 cm×30 cm）及位置（距光束源150 cm的距离）有关，射野大小按1.5进行缩放，因此使用18 cm×18 cm（成像仪水平的27 cm侧）作为最大的射野大小，以实现可靠的射野缘检测]；此外，MPC还测量了准直系统的旋转偏移量，通过MLC静态梳状图案在机架处于0°时对5个准直器旋转角度进行采集（图2b～f）。（4）机架：MPC工具评估了医用直线加速器机架定位系统的两个特性，即绝对值和相对值，这两个特性通过MV成像仪获取8个具有代表性的机架角度（0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°）的值完成评估。（5）治疗床：MPC根据参考位置，使用MV和kV图像与IsoCal模体建立固定的空间坐标系，评估不同治疗床轴的定位精度，随后移动不同的治疗床轴距离，治疗床轴的实际距离可在此参考系统中确定，治疗床检测的位置参数及指标见表1。

图2 MLC 梳状图案

表1 治疗床检测的位置参数及指标

2 结果

2.1 MPC 的机械性能参数的阈值和结果

对每一个参数，MPC 系统都设置了一个阈值（表2），当测量的实际值接近设定阈值极限的10%时，MPC 会提示检测者检测通过但接近失败；当测量的实际值超出设定的阈值时，MPC 会提示检测者检测不通过；当测量的实际值远小于设定的阈值时，则会提示检测通过。由表2可知，检测的所有性能参数均在阈值范围内，其中光栏Y1偏移为（1.25±0.06）mm，在4个光栏偏移值中最大，虽未超出阈值，但是检测者可以在此基础上持续观测，或通过人工方式进行检测，确保其未超出临床规范值，从而保证放射治疗效果，避免医疗事故的发生。

表2 MPC 的机械性能参数的阈值和结果

2.2 MLC 和光栏检测的结果

图3为MLC 和光栏检测的趋势图，其中横坐标显示的是检测时间，纵坐标则指示了MPC 值的刻度，由图可知，MLC A/B 叶片的最大偏移趋势和平均偏移趋势在一段时间内变化相对较稳定，只有轻微的变化，且A、B 叶片值相差不大；光栏Y 方向的偏移值比X 方向稍大，但经长期观测，X、Y 方向的偏移均比较稳定，未出现较大的偏移量。

图3 MLC 和光栏检测的趋势图

3 讨论

为提高放射治疗的准确性，达到精准治疗的目的，避免医疗事故的发生，必须定期对医用直线加速器进行QA 及QC 检测工作，以保证医用直线加速器在临床规定的误差范围内使用[5]。

传统检测医用直线加速器机械性能的方法需要耗费大量的人力与时间，且对于某些项目，如MLC 每个叶片的偏移量检测，是无法依靠人工来检测的；而MPC 工具只需要约10 min 即可完成半自动地检测机器，具有快速可靠、易于使用的优点，可在极短时间内对医用直线加速器的机械性能参数进行检测，提供了目前传统检测无法实现的每日快速机械测试，避免过多占用临床治疗时间对机器进行日检，对于临床QA 及QC 而言是非常有用的检测工具，可执行性及可靠性较高。

此外，本研究结果表明，我院的Varian TrueBeam SN1093医用直线加速器的机械性能参数（包括准直系统、机架旋转系统、治疗床系统及图像系统）具有高度的长期稳定性，可供临床实施放射治疗使用。