TrueBeam医用直线加速器性能长期稳定性评价
2022-09-28张坤李芳李雅俊吴湘阳
张坤，李芳，李雅俊，吴湘阳
1.陕西省肿瘤医院 放疗科，陕西 西安 710061；2.西安交通大学第二附属医院 放疗科，陕西 西安 710004
引言
加速器作为执行放射治疗的关键设备，其性能稳定性将直接影响患者的治疗效果。随着多种复杂精确放射治疗技术的广泛应用，临床工作中对加速器的剂量学精度、机械精度以及质控频率与容差标准提出了更高的要求。瓦里安新一代TrueBeam医用直线加速器采用了先进的数字化控制系统并配备高剂量率非均整模式（Flatter Filter-Free，FFF），适用于开展多种高精度放疗技术[1-2]。我院自2015年启用TrueBeam加速器，该设备每天平均工作时间约12 h。随着设备长期使用，机械系统磨损、老化及故障等因素也将影响设备的精度。基于此，本研究以我院瓦里安TrueBeam加速器为研究对象，回顾性分析近5年（2016年6月至2021年6月）的质控数据，对设备关键性能参数的稳定性进行分析，旨在为该型号加速器的临床应用及质控工作提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 实验设备
瓦里安TrueBeam医用直线加速器（6 MV、6 FFF两档X射线）、PTW UNIDOS E剂量仪及30013型指型电离室（0.6cc）、PTW OCTAVIUS 729矩阵探测器、Machine Performance Check（MPC）快速质控系统、气压表、温度计等。
1.2 实验方法
参照相关文献[3-6]完成加速器的周期性质控，当性能参数接近或超过容差值时执行校准并密切关注其性能稳定性。结果为固定性周期质控结果，不含设备维修后的质控。
1.2.1 X射线输出剂量稳定性
加速器机架及准直器0°，射野面积10 cm×10 cm，源皮距100 cm，电离室有效测量点位于射野中心及水下5 cm，并进行温度、气压修正。加速器出束100 MU测量，重复3次计算平均值，获取最大剂量点深度处吸收剂量。性能要求：≤基准值±2%；每周检测1次。
1.2.2 X射线均整性稳定性
加速器机架及准直器0°，射野面积20 cm×20 cm，源皮距100 cm。PTW 729矩阵探测器上、下分别放置10、15 cm等效固体水用于剂量建成及反向散射。矩阵采集辐射野内的平面剂量分布，取辐射野均整区内（80%射野宽度范围内）最大剂量点与最小剂量点，比值为平坦度（Flatness）参数。取辐射野均整区内射野中心轴上剂量偏差最大的对称剂量点，比值为射野对称性（Symmetry)，FFF模式又称无均整模式，野内剂量峰型分布，只评价射野对称性。性能要求：平坦度≤106%，对称性≤103%；每月检测1次。
1.2.3 机械性能参数稳定性
采用瓦里安MPC快速质控系统，MPC系统高度集成于TrueBeam直线加速器，利用KV、MV影像系统采集不同机架、准直器、治疗床参数下模体的影像，通过自动图像分析实现对加速器多种性能参数的独立质控[7-8]。主要机械性能参数及性能要求：等中心大小≤±0.5 mm、机架旋转角度偏差≤±0.3°、准直器旋转角度偏差≤±0.3°、MV探测板位置偏差≤±0.5 mm、KV探测板位置偏差≤±0.5 mm、钨门位置偏移≤±1 mm，多叶准直器（Multi-Leaf Collimator，MLC）叶片偏移≤±1 mm、治疗床到位偏差≤±1 mm。每周检测1次。
1.3 统计学分析
统计TrueBeam加速器2016年6月至2021年6月共5年的质控数据，包括260组周检、60组月检数据，并进行数据分析。
2 结果
2.1 输出剂量稳定性
6 MV和6 FFF两档光子线输出剂量结果如图1所示，6 MV输出剂量偏差为0.40%±0.76%，最大偏差2.80%。其中91.5%的测量值偏差在±1.5%以内，96.2%的测量值偏差在±2%以内。6 FFF输出剂量偏差为0.42%±0.72%，最大偏差为2.86%。其中91.2%测量值偏差在±1.5%以内，96.5%的测量值偏差在±2%以内。
图1 输出剂量稳定性
2.2 均整性稳定性
均整性参数包括平坦度及对称性，且均分为X轴、Y轴2个方向，结果如图2～3所示，6 MV射线X轴方向平坦度偏差为104.01%±0.75%，最大偏差105.33%；Y轴平坦度偏差为103.80%±0.79%，最大偏差105.08%。6 MV射线在X轴方向对称性偏差为100.74%±0.36%，最大偏差101.68%；Y轴对称性偏差为101.03%±0.39%，最大偏差101.85%。6 FFF射线X轴对称性偏差为100.88%±0.44%，最大偏差101.93%；Y轴对称性偏差为100.81%±0.32%，最大偏差101.75%。
图2 平坦度稳定性
图3 对称性稳定性
2.3 机械性能稳定性
如图4所示，等中心偏移最大偏差+0.35 mm；准直器旋转偏移（Collimation Rotation Offset）最大偏差为+0.24°；机架角度绝对偏移最大偏差-0.10°；MV探测板中心偏移最大偏差分别为+0.38 mm；KV探测板中心偏移最大偏差+0.34 mm。以上结果均远低于容差值，且标准差均小于±0.1，表明上述参数均具备良好的稳定性。钨门X1、X2、Y1、Y2最大偏移分别为 +0.70、-0.68、+0.40、+0.31 mm，均低于阈值，其中X方向钨门最大偏移相对偏大。
图4 机械性能参数稳定性
MLC A侧及B侧到位精度分别为（-0.42±0.06）、（0.39±0.08）mm，标准差均小于0.1。其中A侧通过率为100%，B侧通过率为99.6%。2019年10月执行MPC检测时B侧48号MLC到位超出容差值，偏移+1.21 mm，更换马达及NUT后性能恢复正常。
治疗床侧向（Lat）、纵向（Lng）、升降（Vrt）、旋转（Rtn）偏移最大偏差分别为+0.28、-0.63、-0.21、+0.05°，均在误差允许范围内，且标准差小于0.1，治疗床运动精度及稳定性良好。
3 讨论
医用直线加速器性能准确性是保证放疗精确实施的先决条件，更是放疗流程质量保证的重要组成。Cai等[9]对TrueBeam加速器主要性能进行了3年的长期监测，结果显示输出剂量性能相对稳定，但随时间推移有增加的趋势。黄宝添等[10]基于QA Beam Checker Plus晨检仪对TrueBeam加速器6 MV射线输出剂量进行了18个月的跟踪评价，结果显示，输出剂量偏差为±0.7%，均整度均在±1%以内，具有非常稳定的剂量特性。刘卓伦等[11]采用PTW电离室对3台Varian加速器输出剂量进行了15个月的跟踪监测，结果显示，设备输出剂量长期稳定性良好，错误率为1%～2%。关于TrueBeam性能稳定性的研究多集中于剂量学参数稳定性，且多选择在相对较短的时间内进行高频率跟踪监测，较少涉及设备机械性能稳定性监测。本研究回顾性分析我院TrueBeam加速器5年的质控数据，对加速器主要剂量学性能及机械性能的长期稳定性进行分析。结果显示，加速器机械性能参数通过率最高，均整度性能及输出剂量稳定性较好。
导致加速器性能波动的原因较多，其中最主要风险来自设备故障引起性能偏差。绝大部分故障可以触发加速器内置联锁系统并及时停机，通常对患者的影响较小。而隐性故障，如未能触发联锁或触发联锁后消除的故障，往往易被忽视。此外未能及时发现也易造成较大影响，如电离室不稳定，MLC马达性能下降，水温、水压、气压、电压异常等。因此在日常质控及维护工作中除需遵循相应的指南要求外，还需在设备发生故障、维修后进行额外的质控，质控范围需涵盖维修工作可能影响到的所有质控项目[12]。如剂量系统维修更换电离室后，应进行输出剂量、均整性、射线质等相关项目的质控。
除设备自身原因，质控工具及质控过程中的不确定性也是导致检测结果存在偏差的重要原因，如质控流程中摆位及操作偏差、质控时设备预热程度不一致、剂量仪及电离室修正因子偏差等。设置电离室和模体时易出现人为错误和设置不确定性，如电离室摆位过程中2 mm的不确定性可能导致0.4%的误差[13]。同一天内机器运行超8 h的“热机”状态与机器预热不足状态的“冷机”状态相比，输出剂量可能会发生轻微变化[14]。剂量仪及配套电离室每年送至国家计量院进行校准，通常电离室吸收剂量校准因子Nx稳定在0.5%以内，有报道显示校准因子偏差最大可达2.6%[15]。以上研究表明，进一步明确并规范质控流程及操作，有助于减少人或工具等因素对设备性能参数结果稳定性的干扰。
加速器质控工作项目繁多、流程相对复杂，涉及多种不同的检测工具，如水箱、电离室、胶片、固体水等。同时质控要求、质控频率的不断提高也为质控工作人员带来一定的困扰。快速质控工具在质控工作中的需求及比重逐渐增加，如晨检仪、基于电子射野影像系统的快速质控工具等。Pearson等[16]建议在临床工作中采用传统质控质量控制与自动化质控结合的“混合型质量控制”方式完成设备的质控。混合质控模式即可以充分利用自动化质量控制程序简单、便捷等优点，同时避免完全依赖自动化带来的错误风险，从而节省时间和资源，减少工作人员的操作失误，提高质控精度[17]。
4 结论
TrueBeam加速器在长期使用中各项关键参数，如剂量学性能、机械性能均表现出了优秀的长期稳定性。为减少偶发性设备故障等原因导致的性能偏差，建议在常规质控工作基础上引入快速质控、日志自动分析系统等，实现高频次的监测预警，可以有效减少治疗中的风险；同时还应加强对设备预防性维修、维护，规范化设备维修、维护后的质控，维持机房内合理的温度、湿度等，也有助于维持设备性能的稳定。随着加速器设备的长期连续使用，进入设备设计寿命的中、后期时，设备性能能否持续保持稳定、可靠，还需进一步跟踪调查。
