两种直线加速器射野剂量学特性测试分析

王大奖，鲍志荣，蒋大振，沈九零，刘晖，王骁踊

武汉大学中南医院 放化疗科 湖北省肿瘤生物学行为重点实验室和湖北省肿瘤医学临床研究中心，湖北 武汉 410071

引言

我国放疗行业发展迅速，调查结果显示中国大陆地区近年来放疗单位、放疗人员和设备均明显增加[1]，同时国产加速器也得到越来越广泛的应用[2]。21世纪以来，国内医用直线加速器事业取得了很大的发展。目前，国内的医用加速器在技术的先进性、质量的可靠性、产品的一致性和稳定性方面都得到了极大的进步[3]。上海联影医疗科技有限公司的uRT-linac 506c医用直线加速器是全部核心部件自主研发的首台一体化CT-linac，可执行常规、适形、IMRT、uARC等多种放射治疗技术。本研究通过三维水箱扫描数据，从射野剂量学方面分析国产联影直线加速器与Varian加速器之间的差异。

1 材料与方法

1.1 测量仪器及设备

测量对象为联影CT引导直线加速器uRT-linac 506c（联影，中国）、Varian IX 直线加速器（Varian，美国）的6 MV X射线，两加速器均采用三级准直器结构，多叶准直器（Multileaf Collimator，MLC）均为60对叶片，在等中心平面，MLC中间40对叶片宽度为5 mm，外侧各有10对10 mm的叶片；采用PTW MP3水箱（PTW，德国），通过PTW MEPHYSTO软件进行数据采集；电离室型号为PTW 31010，灵敏体积 0.125 cm3。

1.2 测量要求

所有数据均在源皮距（Source-Skin Distance，SSD）100 cm 下测量，百分深度剂量（Percentage Depth Dose，PDD）及射野离轴比（Off Axis Ratio，OAR）测量的射野大小为 3 cm ×3 cm，5 cm×5 cm，10 cm ×10 cm， 20 cm ×20 cm，30 cm × 30 cm；PDD 的测量范围为 0～30 cm；射野OAR的测量深度为水下10 cm，测量方向为cross plane和in plane。以上曲线采样点间隔为 1 mm。

1.3 分析指标

定义Dmax为PDD取得最大值对应的深度，PDDx为水下x cm处的百分深度剂量值。OAR曲线的平坦度F=(Dmax-Dmin)/(Dmax+Dmin)，其中Dmax、Dmin分别是射野等中心80%宽度内的最大值、最小值；对称性S=Max(Dx/D-x)，Dx为90%等剂量线内推1 cm OAR曲线上偏离等中心x mm的OAR值。射野半影为80%与20% OAR之间的距离。

1.4 数据处理

对PDD和OAR曲线分别在最大点和中心点处进行归一。对比分析两台加速器PDD曲线的PDD10、PDD20，以及OAR曲线的平坦度、对称性、射野大小、半影等。同时，采用VBA编写一维Gamma分析[4]程序，进一步分析uRT-linac 506c加速器PDD、OAR曲线与Varian加速器的差异。

2 结果

2.1 射野PDD曲线比较

uRT-linac 506c 和 Varian IX 加速器的 3 cm ×3 cm，5 cm×5 cm，10 cm ×10 cm， 20 cm × 20 cm，30 cm × 30 cm射野的 PDD10及 PDD20，见表1。对于10 cm×10 cm 射野，两加速器Dmax分别是15.36 mm和14.69 mm，PDD20/10的值分别是0.580和0.573。

同时，将506c PDD曲线与IX进行一维Gamma分析，分析标准为1 mm/1%。Gamma通过率为99.80%±0.36%。506c和 IX 10 cm ×10 cm 射野的 PDD 曲线对比及 Gamma分析，见图1。

2.2 射野OAR曲线比较

各射野平坦度F≤6%，对称性S＜103%。加速器的野宽误差均＜1 mm，506c的半影比IX大（0.60±0.24）mm（表2）。

表1 加速器PDD对比分析

图1 Varian IX与联影506c 10 cm ×10 cm射野百分深度剂量曲线对比分析

表2 水下10 cm 离轴比曲线分析

506c与IX加速器OAR曲线重合性较好（图2）。对采集的OAR曲线进行 1 mm/1% Gamma分析，Threshold为20%（即半影区和照射区），506c相对于IX的Gamma通过率为（97.60%±3.40%）。

图2 Varian IX与联影506c 3～30 cm2射野水下10 cm OAR曲线

3 讨论

随着中国自主创新力量的崛起，国产医用直线加速器在加速器核心部件的研发与生产方面取得了成功，且主机部件并不逊于进口加速器，问题在于品牌以及加速器数字化辅助配套与主机的整合上[3,5]。国产联影uRT-linac 506c实现了linac与CT一体化融合，其首创同轴同床技术，以诊断级CT进行精准模拟定位、高清影像引导，可产生均整和非均整X射线，并且能够执行常规、适形、IMRT、uARC等多种放射治疗技术。

本研究对联影uRT-linac 506c和Varian IX加速器的射野剂量学特性进行了分析。PDD结果表明，两者射线质差别较小，但506c略高于IX，10 cm×10 cm 射野PDD20/10比IX高1.22%，同时，两加速器射野中心轴上的PDD Gamma分析结果较好，也反映出两者的输出射线能谱分布相似。从图2可以看出，对于大于10 cm×10 cm的射野，506c在射野外较低，说明其机头的漏射线更少[6]。不同射野形成方式对射野中心轴上的PDD影响较小[7-8]，但由其引起的射野半影的变化具有统计学差异[9]，同时，有研究者指出，不同测量方式对半影结果有一定影响[10]。半影成因分析如图3所示[11]，其中左边展示了几何半影，右边是穿射半影。由图3可知，准直器中心面距离源越近，在等中心平面形成的半影将越大。uRT-linac 506c加速器采用与Varian加速器相似的三级准直器结构，即由上叶准直器、下叶准直器和MLC组成的准直器系统，而506c的准直器中心平面与源的距离较Varian加速器更近（图4）。由表2可知，两加速器的in plane方向半影，较cross plane大，这是由于射野的 in plane方向边界由 upper jaw 形成，而 upper jaw 距源更近，形成的半影较cross plane大。506c加速器的这种设计考虑了多种治疗情况的优化，对机头内的空间进行了充分的利用和压缩，因而每一级准直器都较Varian高一些，这样既通过双层Jaw设计降低了MLC叶片的片间漏射，同时也保证了充裕的摆位空间，降低了治疗中患者碰撞的风险。

图3 半影成因分析的示意图

图4 uRT-linac 506c和Varian加速器机头结构对比

本研究中应用的一维Gamma分析定量评估两台加速器PDD和OAR曲线差异的方法，也可用于不同加速器间的射束匹配[12-13]或评估同一台加速器不同时期辐射性能的变化。

X射线能谱不仅依赖于加速电子的能量，还与加速方式、射束偏转、准直器系统设计以及X射线靶特性等因素有关，因此，相同标称能量的加速器，其剂量学特性也必然存在一定的差异[14-15]，应在临床应用验收及调试过程中予以特别关注。本研究中的国产联影直线加速器与Varian直线加速器光子束射野剂量学特性相近，PDD及OAR剂量曲线匹配结果较好；且其精度不输于进口设备，性价比更高，独有的诊断级高清图像引导放疗较大地提升了国产加速器的放疗精度及效率。