新型“环形”机架加速器临床调试流程探讨*

杨 波 于 浪 汪之群 王 贝 李文博 张 杰 张 新 吴柱凤 周宗凯 隋 辉 胡 克 张福泉 邱 杰*

Halcyon“环形”直线加速器是基于Truebeam平台全新设计的一款机型，兼有常规“C”型加速器、CT机及螺旋断层加速器的特点，该型号加速器具有安装调试速度快，治疗快速精确，高度集成及智能化等优点，适用于开展多种技术、治疗全身(除表浅)任何部位的肿瘤。目前，国内外相关机构尚无正式发布针对该机型推荐的临床调试规程，根据美国医学物理家协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)和国际原子能机构(International Atomic Energy Agency，IAEA)等现有报告以及相关文献推荐，经过调试过程的不断实践，拟制定一套适合我国国情的Halcyon直线加速器调试规程。本研究旨在针对预装RBD数据Halcyon1.0直线加速器建立合适的临床调试流程，保证调试结果满足临床治疗要求。

1 Halcyon直线加速器的“环形”机架

2019年6月1日北京协和医院放疗科对国内首台Halcyon直线加速器[瓦里安医疗设备(中国)有限公司]进行安装，经过两个半月的安装及临床调试，于2019年8月15日开始治疗首例患者。

Halcyon直线加速器的“环形”机架安装于封闭的空间内，物理治疗孔径直径和源轴距均为100 cm，射线能量无均整射线(flattening filter free，FFF)6 MV，最大剂量率800 MU/min，Halcyon直线加速器1.0版本治疗及图像引导均采用该能量，Halcyon直线加速器2.0版本增加千伏级图像引导系统，进一步提升图像质量。鉴于机架封闭及安全性的优点，机架设计最大转速4圈/min。Halcyon直线加速器1.0版本等中心处最大射野28 cm×28 cm，装配双层多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)系统，叶片宽度1 cm，最大运动速度5 cm/s，可开展野中野、固定野调强、旋转调强及等技术[1]。

Halcyon直线加速器治疗流程与常规“C”型加速器不同，模体或患者需利用外部激光灯摆位后，靠治疗床移动固定的距离至治疗中心，由于无光野、光距尺及其他测距工具，治疗位置的准确性需采集兆伏-兆伏(MV-MV)正交图像或兆伏级锥形束CT(megavoltage cone-beam computed tomography，MV-CBCT)图像进行确认，图像采集所产生的剂量沉积已在计划优化时考虑。

瓦里安公司采集并为Eclipse计划系统预装了典型射线数据[1](representative beam data，RBD)，该数据包括百分深度剂量、离轴比及输出因子3部分内容，若机器参数与预装数据有差异，需调整加速器与RBD相匹配，从而保证全球Halcyon直线加速器射线参数的一致性。

2 加速器与治疗计划系统临床调试设计

Halcyon1.0直线加速器临床调试主要包含4项内容：①Halcyon直线加速器临床调试规程的建立；②Eclipse治疗计划系统调试规程的建立；③Halcyon直线加速器质量保证(quality assurance，QA)和质量控制(quality control，QC)规程的建立；④Eclipse治疗计划系统QA和QC规程的建立。所有测试方法均是基于AAPM、IAEA及相关文献的推荐规程进行设计[2-9]。由于Halcyon直线加速器机械构造、物理尺寸等多方面的限制，质量控制工具的选择需要慎重。

2.1 Halcyon直线加速器临床调试检测

Halcyon直线加速器临床调试检测项目、检测内容及所需质量控制工具如下。

(1)安全检查。检测内容为门联锁、对讲系统、视频监控系统、辐射监控系统、出束指示、紧急开关、控制台控制按钮以及防碰撞联锁。

(2)辐射防护。采用电离室巡检仪质量控制工具进行机房辐射水平检测。

(3)机械特性检测。采用电子射野影像装置(electronic portal imaging device，EPID)、Doselab软件及配套模体、水平尺及直尺，铅点依据PentaGuide模体等质量控制工具，进行机架等中心检测、准直器等中心检测、机架及准直器综合等中心检测、MLC射野准确性检测、机架及准直器&治疗床0位检测、治疗床运动极限位置及运动精度检测、治疗床刚度检测、治疗床中心与射野等中心的一致性、激光灯精度检测、EPID板中心与射野中心偏差检测、机架和准直器数字指示与实际位置的准确性检测。

(4)射线特性检测。采用Blue Phantom2三维水箱、CC13电离室、PFD、SFD及RFD电离室、固体水、一维水箱、FC65G电离室、平型板电离室、静电计、EPID及Doselab软件等质量控制工具，进行射线质检测、对称性和最大射野离轴比检测、MU2的一致性检测、剂量率输出一致性检测、MU线性检测、机架旋转过程中剂量率稳定性检测、机架不同角度及旋转过程中输出剂量稳定性检测、机架不同角度及旋转过程中Profile稳定性检测、重复性检测、日稳定性检测、周稳定性检测、高剂量辐照后的稳定性检测、输出量与照射野的变化关系、表面剂量检测以及剂量计算与刻度。

(5)模型预测控制(model predictive control，MPC)检测。采用Drum模体质量控制工具，进行等中心大小检测、EPID板中心与射野中心偏差检测、MLC叶片到位精度检测、MLC后备激光检测、准直器旋转精度检测、Y射野边缘精度检测、绝对机架位置精度检测、相对机架位置精度检测、相对床位置精度检测(3个方向)、虚拟中心到治疗中心精度检测、床位移精度检测、剂量输出稳定性检测、射线均一性检测以及MU1和MU2的相对变化检测。

(6)内置模型剂量学检测。采用Blue Phantom2三维水箱、CC13、CC01、PFD、SFD及RFD电离室、FC65G电离室及静电计等质量控制工具，进行百分深度剂量检测、输出因子检测、不同深度的Profile检测、MLC叶片剂量学间距dosimetric leaf gap，DLG)和Transmission检测。

(7)Rapidarc调试检测。采用EPID、Doselab软件、平衡帽、FC-65G电离室及静电计等质量控制工具，进行动态剂量与静态剂量的比值检测、动态多叶准直器(dynamic multi-leaf collimator，DMLC)剂量检测、不同角度下DMLC到位精度检测、旋转过程中DMLC到位精度检测、旋转过程中DMLC已知误差检测、旋转过程中剂量率控制的准确性检测、旋转过程中机架速度控制的准确性检测、旋转过程中MLC叶片速度控制的准确性检测。

(8)图像质量检测。采用EPID、LasVegas模体、Cube模体、Doselab软件及配套模体、MVP模体、CatphanCTP504模体以及PentaGuide模体等质量控制工具，进行以下检测：①2D图像检测，空间分辨率和密度分辨率检测、放大系数检测、EPIDDarkfield图像检测、EPID图像噪声检测、EPID像素值检测修正检测、EPIDPD剂量线性检测、MobiusMC2模体2D图像Doselab软件自动分析检测、2D/2D图像配准检测和图像剂量检测；②3D图像检测，CT值准确性检测、空间分辨率和密度分辨率检测、空间位置重建精度检测、层厚重建精；③密度检测、CT值均一性检测、图像噪声检测、Catphan504模体3D图像Doselab软件自动分析检测以及3D/3D图像配准检测和图像剂量检测。

2.2 Eclipse计划系统临床调试检测

Eclipse计划系统临床调试检测项目、检测内容及所需质量控制工具如下。

(1)电子密度曲线建立。采用CIRSCT-ED电子密度转换模体质量控制工具，建立CT值与电子密度的对应关系。

(2)质量控制模体建模及标定。采用MVP模体、CC13电离室、静电计、固体水和Arccheck质量控制工具，建立Arccheck、MVP模体CT扫描和模体模型。

(3)治疗床衰减检测。采用固体水、CC13电离室和静电计质量控制工具，进行治疗床CT值确认。

(4)医学物理学实践指南(medical physics practice guideline，MPPG)5.a基础数据检测。采用Blue Phantom2三维水箱、CC13、CC01、PFD、SFD及RFD电离室、FC65G电离室和静电计质量控制工具，进行模型检测、不同SSD，方野，矩形野组合检测、MLC小野检测、斗篷野检测、过中线最大检测、非对称野&小机头旋转检测、斜入射检测、电子密度曲线确认、不同技术非均值模体点剂量测量、外推野1 cm×2 cm检测、调强子野雷电野和香蕉野检测。

(5)TG119检测。采用MVP模体、CC13电离室、静电计、固体水和Arccheck质量控制工具，进行不同技术的多目标靶区、前列腺、头颈、“C”型靶区(容易及困难)点剂量及面剂量检测及置信限的建立。

(6)患者计划验证(patient-specific quality assurance，PSQA)检测。采用MVP模体、CC13电离室、静电计、Arccheck和EPID质量控制工具，进行不同技术的头、胸、腹、盆腔各3例、点剂量和面剂量检测以及置信限的建立。

(7)端到端(E-2-E)检测。采用CIRS胸部模体、CC13电离室和静电计质量控制工具，进行不同技术的利用CIRS胸部模体全流程检测及点剂量测量。

3 加速器与治疗计划系统调试要点

3.1 Halcyon直线加速器临床调试

与常规瓦里安“C”型加速器安装验收(installation product acceptance，IPA)不同，Halcyon直线加速器IPA除去MPC检测[10]外，未涉及第三方机械、三维水箱及图像质量等常规检测项目，虽然MPC检测覆盖了射线束流、机架角度、准直器角度、治疗床位置精度及MLC到位精度5项内容，但是这些项目的检测均是基于瓦里安自身提供的质量控制设备和方法的基础上进行，不足以支撑临床治疗以及质量控制规程基准值的建立，根据以往的加速器验收经验、AAPM和IAEA相关报告、国内外相关文献[2-3，5，8-9]以及Halcyon直线加速器的特点，对以下项目进行全面的检测。

3.2 Eclipse治疗计划系统调试

根据AAPMMPPG5.a[4]推荐，计划系统的调试分为数据收集、模型建立及模型验证3部分内容，由于Halcyon直线加速器与之配套的Eclipse计划系统预装RBD数据，节省了射线数据收集及模型建立的工作，只需要进行模型验证即可。但MPPG 5.a推荐测试列为其临床应用最基本测试，为完善验证内容，根据以往的调试经验结合相关AAPM、IAEA计划系统验收相关报告[4，6-7]进行测试。

3.3 QA和QC规程的建立

3.3.1 Halcyon直线加速器QA和QC规程

Halcyon直线加速器QA和QC规程以AAPM报告[2，5]相关文献推荐及Halcyon直线加速器调试基准值为基础而建立，综合考虑快速检测、定量分析等因素。鉴于EPID设计的特殊性以及质量控制过程中图像质量的重要性，图像质量是QA和QC的重点。由于Halcyon直线加速器每日患者治疗数量、治疗速度与“C”型加速器有较大的区别，质量控制规程的频率可能需要调整，目前暂时按AAPMTG142推荐的“C”型加速器质量控制频率执行，包括日检、月检及年检3个部分：①日检，包括MPC检测、Rapidarc固定计划PD检测、安全联锁检测；②月检和年检，均包括剂量检测、机械检测、影像检测、Rapidarc检测、MPC检测和安全连锁检测。

3.3.2 Eclipse治疗计划系统QA和QC规程

Halcyon直线加速器与之配套的Eclipse治疗计划系统与常规计划系统不同，其机器参数及束流数据不能被修改，极大提高数据及计算的安全性，根据MPPG5.a推荐只需每年对其部分内容进行抽检即可，比较其计算结果的差异，偏差控制在1%的水平，年检计划系统QA和QC检测频率及检测内容为MPPG5.a基础数据测试、TG119测试和PSQA测试项目抽检。

4 加速器与治疗计划系统调试结果

4.1 Halcyon直线加速器临床调试结果

所有安全连锁检查均正常运转，保证加速器运行时辐射安全。机房辐射水平最高点位于加速器背侧，辐射剂量水平0.530 μSv/h，远低于国家2.5 μSv/h的标准，安全防护达标11。

机架旋转等中心3D误差半径0.69 mm，最大位置偏差位于225°，0.86 mm；准直器旋转半径0.07 mm，机架及准直器综合旋转等中心3D误差半径0.64 mm，均好于1 mm的验收标准。MLC到位精度高，射野为2 cm×2 cm至28 cm×28 cm，到位精度均＜1 mm。机架及准直器0°指示均为0.2°，治疗床0位偏差＜0.3 mm。治疗床极限运动位置，升降-47.50～0 cm，左右-20.88～20.88 cm，进出床53.5～219 cm。治疗床三维方向运动，到位精度好于1 mm。全碳纤维治疗床具有较好的刚度，在负重120公斤条件下，沉降1.7 mm，倾斜角0.7°。治疗床中心与射野中心的一致性随治疗床的运动逐渐增大，最大偏差为1.4 mm。虚拟等中心与治疗中心有着较好的一致性，最大到位精度位置偏差为0.7 mm。EPID板为固定式装配，4个主要方向与射线中心的偏差最大为0.2 mm，远低于“C”型加速器1 mm的标准。

标准条件下，Halcyon直线加速器实测深度剂量百分比(percentage depth dose，PDD)PDD10为63.3%，符合IPA(63±1)%的标准，PDD20/PDD100.542，比常规“C”型加速器6 M V 射线质偏软。射野为10 cm×10 cm及28 cm×28 cm时对称性均为100.3%，最大射野深度10 cm、离轴10 cm处相对剂量百分比平均值为78.83%。当机器跳数＞2 MU时，剂量率线性＜1%，当＜2 MU时，剂量率线性＜2%。机架不同角度及旋转过程中，输出剂量稳定性均＜0.1%。绝对剂量刻度偏差为3.7%，调整范围控制在5%厂家设定值以内。

MPC检测结果均在阈值范围内，等中心半径为0.67 mm，与Doselab分析结果的0.64 mm接近。治疗床最大到位偏差为0.14 mm，内外等中心最大偏差为0.21 mm。

内置模型数据与实测数据有着较好的一致性。不同射野大小的PDD和离轴比曲线，使用1 mm/1%分析标准，γ通过率均＞99.5%。输出因子除2 cm×2 cm射野偏差为1.2%外，其他结果均在1%范围内。MLC实测穿射因子0.009%，DLG0.18 mm，与预装数据的0.0047%和0.1 mm差异较大。

Rapidarc调试，动静态剂量偏差＜0.1%，DMLC剂量最大偏差位于90°，1.84%。静态不同角度及旋转过程中MLC到位精度最大位置偏差0.6 mm，＜1 mm的验收标准。旋转过程中，机架速度、MLC运动速度及剂量率的控制均有着较好的准确性，所有结果偏差均控制在2%标准内。

图像引导分别为2D(Highquality和Lowdose)和3D(Highquality和Lowdose)两种模式，其图像质量结果见表1、表2，图像剂量结果见表3。

4.2 Eclipse治疗计划系统调试结果

根据CT-SIM不同部位的扫描条件，分别创建头部、胸部、腹部及盆腔四条CT值-电子密度转换曲线，物理密度范围0.2～4.6 g/cc。碳纤维治疗床Surface和Interior的CT值分别为-750 HU和-950 HU。

表1 2D图像质量检测内容及结果

表2-1 3D图像质量检测内容及结果

表2-2 3D图像质量检测内容及结果

表3 不同模式及最大射野下图像剂量结果(cGy)

MPPG5.a中5.3基础射野，不同SSD的方野及矩形野组合测试，除2 cm×2 cm射野点剂量偏差为1.7%外，其他射野剂量偏差均＜1%；5.4MLC小野、5.5斗篷野测量、5.8斜入射及7.2调强子野，点剂量偏差均＜1%；5.6过中线距离最远及5.7非对称野及最小SSD，点剂量偏差＜2%，以上测试结果PDD及Profile曲线，2 mm/2%的γ通过率均＞99.5%。6.2非均值模体测试，Rapidarc及IMRT两种技术E-T-E测试，剂量偏差分别为2.02%和2.38%，＜3%的测试标准。

TG119调强测试中，IMRT和Rapidarc两种技术靶区内点剂量偏差分别为-0.003±0.011和-0.012±0.006，置信限分别为0.025和0.024；Arccheck面剂量检测，3mm/3%和2mm/2%的γ通过率平均值分别为(99.72±0.24)%和(96.80±1.17)%，以及(99.70±0.45)%和(95.24±2.83)%，其对应的置信限分别为0.75和1.19，以及5.49和10.31。PortalDosimetry检测，2mm/2%的γ通过率平均值分别为(98.80±0.01)%和(96.60±0.02)%。

4.3 Halcyon直线加速器QA和QC规程结果

针对Halcyon直线加速器的特点，结合AAPM及其相关文献，对其设计日检、月检及年检3种检测频率，检测内容覆盖剂量检测、机械检测、影像检测、Rapidarc检测、MPC检测和安全连锁检测等6项内容。

5 讨论

虽然Halcyon直线加速器与其他加速器不同，有一套厂家提供的标准数据并预装计划系统，但是对该系统所生成的调强结果是否能够满足临床治疗和国际相关的标准无法确定，为验证该系统整个流程的治疗精度，建立了四大调试规程。

Halcyon直线加速器与常规“C”型加速器相比IPA检测项目偏少，并且如三维水箱检测的项目被二维矩阵所替代，虽然已有文献[12]报道，二维矩阵在射线束流检测方面与三维水箱具有较好的一致性，如6 MeV射线质，水箱及ICprofile的R50偏差0.4 cm，对加速器束流的检测推荐使用三维水箱。检测项目相对偏少，如像常规的机械等中心、床到位精度等相关的检查是否还有必要加入IPA内，MPC的检测内容及结果是否可以替代第三方的检测工具，还有待于进一步验证。

MPC检测具有快速、方便、覆盖内容广泛等特点。主要检测射线束流、机架角度、准直器角度、治疗床位置精度及MLC到位精度5项内容，但瓦里安公司只是建议将该项目作为一个稳定性综合项目的内容检测，而不是替代第三方的质量控制工具。近年来，已有多个国外研究机构在验证MPC和独立第三方质量控制工具之间的替代关系，已有初步的研究结果，二者之间部分检测项目可以替代[13-14]。如Alessandro Clivio[15]分别使用MPC和Winston-Lutz对truebeam加速器等中心检测发现，等中心半径分别为0.31 mm和0.27 mm，与本研究结果基本相同。

瓦里安公司为Halcyon直线加速器提供了束流数据并预装Eclipse治疗计划系统，减少了数据收集及建模的时间。但是对该套数据的准确性，国内外很多物理师提出了质疑。该套数据与原有的“C”型加速器的“金标准”不同，该套数据的收集采用AAPMTG106号报告[8]推荐，对不同射野大小的曲线扫描选择合适的探测器，如SNCEDGE探测器和IBACC13探测器，进一步提高了数据采集的准确度，其有望成为“C”型加速器发展的方向，降低因测量设备、物理师水平差异带来的系统误差。

Halcyon直线加速器及Eclipse计划系统调试内容目前无统一的标准，每个医院调试内容、调试标准及调试方法也不尽相同，且差异较大。目前，国内大部分医院均是在IPA的基础上，采用AAPM、IAEA报告及相关文献推荐形成自己的调试规程，单个能量的调试时间一般在1个月左右，但是针对Halcyon加速器，不同设备间有着较好的一致性，同时又拥有综合的MPC分析等测试手段。

Halcyon 直线加速器QA 和QC 检测频率与AAPMTG142报告相比，取消了MLC的周检内容，主要包括以下3方面的原因：①目前新款的MLC的到位精度及长期稳定性与TG142号报告颁布时相比有了较大的提高；②月检项目Rapidarc对MLC的检测内容有了较大的丰富；③每周的PSQA检测，若MLC出现问题，在分析结果中也会有一定的呈现。

MPPG5.a中推荐在患者治疗前需进行国际邮寄比对，目前国内基本没有医院在加速器投入临床治疗前开展该项目，部分医院只有在参加一些国际项目合作时方会进行比对。除去绝对剂量检测由剂量部门完成进行二次核对外，其余项目均由医院的物理师来完成，若在整个调试过程中存在系统错误，以目前国内大部分物理师的水平发现该问题是比较困难的，因此有条件的医院应参加国际邮寄比对进行二次核查，并希望相关管理机构推进国内比对项目的进展。

瓦里安公司提供束流数据并预装Eclipse计划系统，在极大程度上保证了数据的一致性及准确性，降低了因场地采集的错误发生概率，极大降低了物理师调试的工作量及时间[16]。为提高整个调试流程的工作效率及准确性，建议针对Halcyon直线加速器，瓦里安公司应配套标准的验证模体、CT模体图像、电子密度转换曲线以及标准计划(如TG119)以便于进一步降低容错概率，提高调试精度及调试速度。

6 结论

Halcyon直线加速器临床调试与常规“C”型加速器有着一定的区别，但是对该型号的加速器，原有的质量控制设备是可以满足调试及质量控制要求。预装数据和测量数据有着较好的一致性，IMRT及Rapidarc调试结果均在AAPM及相关文献的推荐范围内，可满足临床治疗要求。本研究测试结果提示，未来的加速器调试过程会越来越趋于简单，系统性更强，厂家将会承担更多的调试责任，对医院物理师而言，调试过程中部分数据而非全部数据的验证将是主要的调试工作。