王大獎，鮑志榮，蔣大振，沈九零，劉暉，王驍踴

武漢大學中南醫(yī)院 放化療科 湖北省腫瘤生物學行為重點實驗室和湖北省腫瘤醫(yī)學臨床研究中心，湖北 武漢 410071

引言

我國放療行業(yè)發(fā)展迅速，調查結果顯示中國大陸地區(qū)近年來放療單位、放療人員和設備均明顯增加[1]，同時國產加速器也得到越來越廣泛的應用[2]。21世紀以來，國內醫(yī)用直線加速器事業(yè)取得了很大的發(fā)展。目前，國內的醫(yī)用加速器在技術的先進性、質量的可靠性、產品的一致性和穩(wěn)定性方面都得到了極大的進步[3]。上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司的uRT-linac 506c醫(yī)用直線加速器是全部核心部件自主研發(fā)的首臺一體化CT-linac，可執(zhí)行常規(guī)、適形、IMRT、uARC等多種放射治療技術。本研究通過三維水箱掃描數據，從射野劑量學方面分析國產聯(lián)影直線加速器與Varian加速器之間的差異。

1 材料與方法

1.1 測量儀器及設備

測量對象為聯(lián)影CT引導直線加速器uRT-linac 506c（聯(lián)影，中國）、Varian IX 直線加速器（Varian，美國）的6 MV X射線，兩加速器均采用三級準直器結構，多葉準直器（Multileaf Collimator，MLC）均為60對葉片，在等中心平面，MLC中間40對葉片寬度為5 mm，外側各有10對10 mm的葉片；采用PTW MP3水箱（PTW，德國），通過PTW MEPHYSTO軟件進行數據采集；電離室型號為PTW 31010，靈敏體積 0.125 cm3。

1.2 測量要求

所有數據均在源皮距（Source-Skin Distance，SSD）100 cm 下測量，百分深度劑量（Percentage Depth Dose，PDD）及射野離軸比（Off Axis Ratio，OAR）測量的射野大小為 3 cm ×3 cm，5 cm×5 cm，10 cm ×10 cm， 20 cm ×20 cm，30 cm × 30 cm；PDD 的測量范圍為 0～30 cm；射野OAR的測量深度為水下10 cm，測量方向為cross plane和in plane。以上曲線采樣點間隔為 1 mm。

1.3 分析指標

定義Dmax為PDD取得最大值對應的深度，PDDx為水下x cm處的百分深度劑量值。OAR曲線的平坦度F=(Dmax-Dmin)/(Dmax+Dmin)，其中Dmax、Dmin分別是射野等中心80%寬度內的最大值、最小值；對稱性S=Max(Dx/D-x)，Dx為90%等劑量線內推1 cm OAR曲線上偏離等中心x mm的OAR值。射野半影為80%與20% OAR之間的距離。

1.4 數據處理

對PDD和OAR曲線分別在最大點和中心點處進行歸一。對比分析兩臺加速器PDD曲線的PDD10、PDD20，以及OAR曲線的平坦度、對稱性、射野大小、半影等。同時，采用VBA編寫一維Gamma分析[4]程序，進一步分析uRT-linac 506c加速器PDD、OAR曲線與Varian加速器的差異。

2 結果

2.1 射野PDD曲線比較

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，見表1。對于10 cm×10 cm 射野，兩加速器Dmax分別是15.36 mm和14.69 mm，PDD20/10的值分別是0.580和0.573。

同時，將506c PDD曲線與IX進行一維Gamma分析，分析標準為1 mm/1%。Gamma通過率為99.80%±0.36%。506c和 IX 10 cm ×10 cm 射野的 PDD 曲線對比及 Gamma分析，見圖1。

2.2 射野OAR曲線比較

各射野平坦度F≤6%，對稱性S＜103%。加速器的野寬誤差均＜1 mm，506c的半影比IX大（0.60±0.24）mm（表2）。

表1 加速器PDD對比分析

圖1 Varian IX與聯(lián)影506c 10 cm ×10 cm射野百分深度劑量曲線對比分析

表2 水下10 cm 離軸比曲線分析

506c與IX加速器OAR曲線重合性較好（圖2）。對采集的OAR曲線進行 1 mm/1% Gamma分析，Threshold為20%（即半影區(qū)和照射區(qū)），506c相對于IX的Gamma通過率為（97.60%±3.40%）。

圖2 Varian IX與聯(lián)影506c 3～30 cm2射野水下10 cm OAR曲線

3 討論

隨著中國自主創(chuàng)新力量的崛起，國產醫(yī)用直線加速器在加速器核心部件的研發(fā)與生產方面取得了成功，且主機部件并不遜于進口加速器，問題在于品牌以及加速器數字化輔助配套與主機的整合上[3,5]。國產聯(lián)影uRT-linac 506c實現(xiàn)了linac與CT一體化融合，其首創(chuàng)同軸同床技術，以診斷級CT進行精準模擬定位、高清影像引導，可產生均整和非均整X射線，并且能夠執(zhí)行常規(guī)、適形、IMRT、uARC等多種放射治療技術。

本研究對聯(lián)影uRT-linac 506c和Varian IX加速器的射野劑量學特性進行了分析。PDD結果表明，兩者射線質差別較小，但506c略高于IX，10 cm×10 cm 射野PDD20/10比IX高1.22%，同時，兩加速器射野中心軸上的PDD Gamma分析結果較好，也反映出兩者的輸出射線能譜分布相似。從圖2可以看出，對于大于10 cm×10 cm的射野，506c在射野外較低，說明其機頭的漏射線更少[6]。不同射野形成方式對射野中心軸上的PDD影響較小[7-8]，但由其引起的射野半影的變化具有統(tǒng)計學差異[9]，同時，有研究者指出，不同測量方式對半影結果有一定影響[10]。半影成因分析如圖3所示[11]，其中左邊展示了幾何半影，右邊是穿射半影。由圖3可知，準直器中心面距離源越近，在等中心平面形成的半影將越大。uRT-linac 506c加速器采用與Varian加速器相似的三級準直器結構，即由上葉準直器、下葉準直器和MLC組成的準直器系統(tǒng)，而506c的準直器中心平面與源的距離較Varian加速器更近（圖4）。由表2可知，兩加速器的in plane方向半影，較cross plane大，這是由于射野的 in plane方向邊界由 upper jaw 形成，而 upper jaw 距源更近，形成的半影較cross plane大。506c加速器的這種設計考慮了多種治療情況的優(yōu)化，對機頭內的空間進行了充分的利用和壓縮，因而每一級準直器都較Varian高一些，這樣既通過雙層Jaw設計降低了MLC葉片的片間漏射，同時也保證了充裕的擺位空間，降低了治療中患者碰撞的風險。

圖3 半影成因分析的示意圖

圖4 uRT-linac 506c和Varian加速器機頭結構對比

本研究中應用的一維Gamma分析定量評估兩臺加速器PDD和OAR曲線差異的方法，也可用于不同加速器間的射束匹配[12-13]或評估同一臺加速器不同時期輻射性能的變化。

X射線能譜不僅依賴于加速電子的能量，還與加速方式、射束偏轉、準直器系統(tǒng)設計以及X射線靶特性等因素有關，因此，相同標稱能量的加速器，其劑量學特性也必然存在一定的差異[14-15]，應在臨床應用驗收及調試過程中予以特別關注。本研究中的國產聯(lián)影直線加速器與Varian直線加速器光子束射野劑量學特性相近，PDD及OAR劑量曲線匹配結果較好；且其精度不輸于進口設備，性價比更高，獨有的診斷級高清圖像引導放療較大地提升了國產加速器的放療精度及效率。