三维水箱测量系统在超长服役直线加速器质控中的应用*

谷珊珊，巩汉顺，王运来，戴相昆，宋圆源，吴青南，鞠忠建

100853北京，解放军总医院 放射治疗科

医用直线加速器超长服役是国内普遍存在的问题[1]。限于经济因素等客观条件，设备更新换代慢，患者众多且放疗设备少，机器长时间超负荷运行，导致设备老化，故障频发，一方面影响临床工作流程，另一方面直接影响肿瘤的辐照剂量分布[2-3]。因而，对医用直线加速器的质量保证和质量控制工作非常重要，以保证机器性能良好，保障临床治疗[4]。

对于超长期运行加速器，质控工作尤其重要。一是随着时间推移，机器硬件老化严重，电器元件接触失灵、线路橡胶外皮易发硬破损，造成机器各种故障频发；二是超长期运行加速器维修频繁，需保障维修后机器各项参数在正常范围内，方可投入临床治疗[5-6]。测量本身的质控工作十分繁锁，需要耗费工作人员大量的时间和精力。日常测量设备有剂量仪、二维电离室矩阵、EBT胶片、晨检仪等设备[7-10]。三维水箱由于操作复杂，常用于年检或加速器维修后的检测，是保证医用电子加速器正常运行不可或缺的测量设备。JJG589-2008《医用电子加速器辐射源》检定规程指出医用电子加速器检测时，测量辐射质、辐射野的均整度、辐射野的对称性等计量性能必须使用射线分析仪，即二维或三维水箱。但是其架设繁琐，一般架设调试时间需1小时左右，限制了其临床使用。

本单位Synergy直线加速器高负荷运行已达12年，故障高发，但仍然承担着重要的临床治疗任务。为保证其精确运行，周密而细致的质控尤为重要。本研究使用PTW公司生产的三维水箱，在月检时测量加速器X线的射线平坦度、对称性、射线质，记录分析各参数的测量结果。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 直线加速器 医科达公司生产的Synergy直线加速器，如图1所示。2007年装机，常年治疗负荷12小时/天。配有 6MV、10MV 能量的 X 线、电子线，多页光栅为40对，叶片厚度为0.4 cm，因此参考射野定义为10.4 cm×9.6 cm，最大射野为21 cm×16 cm。并配置有3D 验证的X 线旋转容积成像，2D 验证的电子射野验证装置。

图1 医科达 Synergy直线加速器Figure 1. Elekta Synergy Linear Accelerator

1.1.2 PTW三维水箱系统 采用德国PTW公司生产的MP3型三维扫描水箱(图2)，主体部分包括MP3大型水箱，水箱相关的调整装置，MP3蓄水柜和升降台；电器装置包括剂量探头、标准电子附件、控制组件、悬挂式操纵台和TANDEM双通道静电计。探头行程为600 mm，扫描尺寸(L×W×H,mm)为500×500×400,扫描分辨率为0.1 mm。测量及参考电离室均为PTW 公司生产的0.125cc指型电离室，型号为31010，灵敏体积长度为6.5 mm，灵敏体积直径为5.5 mm，中心极材料为铝。水箱数据采集及分析软件为MEPHYSTO mcc 3.0(图3)。

图2 PTW三维水箱Figure 2. PTW Three-Dimensional Water Tank

图3 MEPHYSTO mcc 3.0软件Figure 3. MEPHYSTO mcc 3.0

1.2 方法

1.2.1 数据标准 因2017年下半年开始，直线加速器机器故障频发，故障总数71次，月均故障数2.54次，其中更换电子元器件、电路板等维修结束后，需水箱测量各项参数。故收集2017年7月至今的直线加速器月检质控数据，共26组有效数据。

按机器验收标准，对称性定义为源皮距为100 cm时,模体10 cm深度处，最大射野80%宽度范围内，偏离中心轴对称的两点之间剂量率的最大比值(公式1)。 6MV、10MV能量射线对称性的标准参考值为100%±3%。

(1)

其中Dx、D-x表示射野中心轴外对称的两点的吸收剂量。

平坦度(flatness)定义为在X射线束轴水下10 cm处垂直于射线束轴的平面上，10 cm×10 cm照射野下最大、最小吸收剂量的比值(公式2)。 6MV、10MV能量射线平坦度标准参考值为100%±6%。

(2)

其中Dmax、Dmin分别表示最大、最小吸收剂量。

射线质定义为在射野中心轴上水下10 cm处的吸收剂量D10与参考深度处的吸收剂量D0之比的百分数(公式3)。6MV、10MV能量X射线质参考值分别为67.5%、73.0%，误差允许范围为±2%。

(3)

1.2.2 月检数据采集 测量条件设置如下：源皮距100 cm，射野10.4 cm×9.6 cm，指型电离室长轴垂直于射野中心轴，沿径向扫描。

测量步骤如下：按检测规范放置三维水箱,注入足够的水，水深>40 cm。在无限出束模式下设置6MV、10MV光子线出束剂量率为200MU/min。百分深度剂量(percentage depth dose,PDD)最大测量深度为40 cm。Profile参考深度处设为水下10 cm。测量射线在X轴和Y轴两个面上的Profile的剂量场分布。测量结果自动存入计算机进行处理分析，得到平坦度、对称性、射线质3个参数的测量分析结果，3个参数均测量3次求平均值作为测量最终值。

记录每次水箱从架设到调试成功的时间。

2 结 果

2.1 6MV射线测量结果

26组有效测量数据中，6MV射线的测量分析数据如表1和图4所示。6MV射线的测量射野平坦度在Y轴方向上，测量最大值为104.63%，最小值为102.76%，中位数为104.1%，误差为4.01%±0.44%；X轴方向上，测量最大值为105. 67%，最小值为103.71%，中位数为105.04%，误差为4.93%±0.44%。6MV射线的对称性在Y轴方向上，测量最大值为101.24%，最小值为100.44%，中位数为100.57%，误差均值为0.76%±0.35%；X轴方向上，测量最大值为101.53%，最小值为100.26%，中位数为100.63%，误差为0.95%±0.43%。6MV射线的射线质测量最大值为67.89%，最小值为66.75%，中位数为67.07，误差均值为0.59%±0.26%。

表1 6MV射线测量数据Table 1. Data of 6MV X-Ray

图4 6MV射线测量数据Figure 4. Data of 6MV X-Ray

6MV X射线测得的PDD和Profile曲线如图5所示。

图5 6MV X射线的PDD和Profile曲线Figure 5. PDD and Profile of 6MV X-RayPDD: Percentage depth dose.

2.2 10MV射线测量结果

26组有效测量数据中，10MV射线的测量分析数据如表2、图6所示。10MV射线的射野平坦度在Y轴方向上，测量最大值为105.4%，最小值为102.45%，中位数为103.34%，误差为3.53%±0.72%；X轴方向上，测量最大值为105. 7%，最小值为104.74%，中位数为105.16%，误差为5.07%±0.59%。10MV射线的对称性在Y轴方向上，测量最大值为101.42%，最小值为100.34%，中位数为100.72%，误差为0.79%±0.32%；X轴方向上，测量最大值为103.00%，最小值为100.22%，中位数为101.08%，误差为1.31%±0.66%。10MV射线的射线质测量最大值为72.65%，最小值为71.93%，中位数为72.23%，误差为1.36%±0.44%。

图6 10MV射线测量数据Figure 6. Data of 10MV X-Ray

表2 10MV射线测量数据Table 2. Data of 10MV ray

10MV X射线测得的PDD和Profile曲线如图7所示。

图7 10MV X射线的PDD和Profile曲线Figure 7. PDD and Profile of 10MV X-RayPDD: Percentage depth dose.

2.3 水箱架设调试时间

水箱从架设到调试成功的平均时间为(37.19±6.89)min，其中架设所需最长时间为65 min，最短时间为30 min。26次架设调试时间记录如表3所示，其中，2017年9月月检时，水箱调试时间较长，原因为机器故障，多次重启服务器。2018年4月月检时，水箱调试时间较长，排除原因为指型电离室连接线故障。

表3 26次三维水箱架设调试时间Table 3. Erection and Debugging Time of the Three-Dimensional Water Tank

DateofmonthlyinspectionTimeoferectionanddebugging(min)DateofmonthlyinspectionTimeoferectionanddebugging(min)2018.05352019.07412018.06312019.08352018.07352019.09342018.08312019.1033

3 讨 论

测量结果表明，在严密的质量保证和质量控制下，加速器运行状况良好，机器性能稳定。水箱从架设到调试成功的平均时间约为半个小时，时间短，效率高。

放射治疗是肿瘤治疗的重要手段[11]。直线加速器剂量性能的稳定情况直接影响肿瘤放射治疗的疗效，运用恰当的质控工具监测加速器的各项性能指标非常重要[12-13]。医用电子直线加速器是肿瘤放射治疗中最主要的设备之一[14]。在大型医院中,患者数量多、工作负荷大，直线加速器往往故障频繁，加速器更换关键部位配件或调整机器等重大维修后，必须使用三维水箱采集加速器数据，分析机器性能是否达到临床治疗标准[15]。三维水箱是开展肿瘤放射治疗的必备仪器，水箱精密的设计结构和测量原理能确保测量结果准确[16]。国家药品食品卫生监督局将三维水箱归类为 II 类医疗器械管理。国内大部分大型肿瘤放疗中心、省级以上医院放疗科、各省计量院、职业病防治院、各省疾控中心等单位都有配置。但中小型医院放疗科，尤其是偏远地区、地市级以下医院很少购置。目前国家卫生行政部门虽然并没有强制执行医院放疗科配置三维水箱，但卫生部 46 号令做出明确规定：“放射治疗场所配备放疗剂量仪、剂量扫描装置和个人剂量报警仪”。同时，国家肿瘤诊疗质控中心发布的《放射治疗质量控制基本指南》指出，水箱为开展常规放射治疗基本的质控仪器，自动扫描水箱为开展精确放射治疗的质控仪器。

长期服役的医用直线加速器，因使用频率高，待机时间长，各部件存在老化或更换的问题，如何精确地保障加速器正常运行非常重要。使用三维水箱测量直线加速器各项参数，所测数据能准确地反映出机器运行状态，是各种测量设备比较的基准参考，其测量的准确性是其他质控工具无法达到的[17]。三维水箱功能强大，除常用测量指标如对称性、平坦度、射线质等，其扫描数据还可分析射线半影、半高宽、最大剂量点深度等参数[18]。能保证临床放射治疗的顺利实施。

我科Elekta Synergy医用电子直线加速器2007年投入使用，迄今已服役11年，加速器各项参数测量结果稳定，机器运行状态良好，仍能承担繁重的临床治疗任务，与平时细致的质控工作密不可分，尤其三维水箱测量精确，保证加速器性能稳定，从而保障肿瘤剂量分布准确，保证临床治疗效果。水箱测量能验证周检日检的准确性，及时发现问题，如因机架偏沉导致的对称性改变、靶击穿导致的输出剂量改变等重大机械参数的变化。超长服役的医用加速器，为保证机器各项参数稳定，使用三维水箱作为月检工具，可为临床工作提供翔实的基础测量质控数据。

PTW三维水箱操作复杂，架设时间长短主要取决于测量人员的操作熟练程度，与水箱连接部件也有一定关系。以下原因会导致水箱调试失败：连接线多，测量人员误操作；设备老旧后易出现接触不良等现象；指型电离室连接线对折磨损严重；直线加速器操作失误。尽管水箱操作繁琐，但对于超长服役且没有强制报废的加速器，三维水箱是最重要的质控设备，对保障临床治疗必不可少。通过加速器重大维修后和月检水箱测量，加速器在日常质控时表现稳定。

综上所述，PTW三维水箱对我科加速器的测量结果表明，超长服役的加速器仍能保持稳定的性能，可以满足临床治疗需要。

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