XHA600E型国产数字化加 速器性能检测与对比评价

引言

某医院放疗中心安装了一台XHA600E型直线加速器（山东新华），该机器是在XHA600D加速器的基础上，从软硬件两方面重新整合设计，最新推出的全数字化加速器。为了解该设备的实际性能，本文从物理性能和工程技术两方面对该设备开展了系统性检测，并与功能相似的进口机型在关键参数方面进行对比，找出新型国产加速器与进口加速器之间的差距，以期更好地将该设备应用于临床治疗。

1 材料与方法

1.1 设备与材料

XHA600E型加速器，Unique加速器（Varian，美国），IBA Blue Phantom2型三维水箱，DOSE1剂量仪，IBA 0.6 cc指形电离室，EBT免冲洗胶片，IBA 固体水模，Las Vegas模体，水平仪和钢直尺，坐标纸等。

1.2 机械参数检测内容及方法

（1）小机头旋转等中心精度。准直器和治疗床均位于0°（使用水平仪校准），准直器上铅门开至最大，下铅门关至最小（0.5 cm）。升床使床面到等中心高度，在床面平放一张EBT自显影胶片，分别在准直器0°、45°、90°、135°时，出束6 MV X射线100 MU，胶片上将形成4条狭长条影像，组成“米”字型图像。在“米”字线上，对每一条影像作其中分线，取4条中分线所形成的小区域内两点间的最大距离，要求d≤2 mm。

（2）机架 旋转等中心精度。基本设定条件同上。不同的是要在床面垂直放一张EBT胶片，两侧用固体水膜固定，升降床使等中心大致处于胶片的中心位置，分别在机架为0°、45°、90°和135°时出束6 MV X射线100 MU，胶片上将形成4条狭长条影像，组成“米”字型图像。在“米”字线上，对每一条影像作其中分线[1]，取4条中分线所形成的小区域内两点间的最大距离，要求d≤2 mm。

（3）光矩尺指示精度。机架0°，SSD=100 cm。治疗床上放置一张坐标纸，检查十字叉丝在坐标纸上的投影与光矩尺100 cm指示是否重合。然后以SSD=100 cm为基准分别升床5、10 cm和降床5、10 cm，检查光矩尺的指示与实际高度的偏差，要求误差≤2 mm。

（4）机架电子指示精度。使用水平仪找到实际的机架0°，读取此时机架度数的电子显示值，两者相比较。相同方法检查机架在90°、180°和270°时两者的误差，要求最大误差≤0.5°[2]。

（5）小机头电子指示精度。使用水平仪分别找到小机头0°、45°、90°、270°和315°的实际值，与此时小机头度数的电子显示值相比较，要求最大误差≤0.5°。

（6）4个独立钨门到位精度。机架和小机头均为0°，SSD=100 cm，放置一张坐标纸于床面，分别运动钨门X1、X2、Y1和Y2，每个钨门在坐标纸上间隔取5个位置，比较实际值与电子显示值之间的误差，要求≤1 mm。

1.3 射线参数检测内容及方法

1.3.1 6MV X射线质测定

机架和小机头均为0°，射野大小为10 cm×10 cm，SSD=100 cm，出束剂量率为400 MU/min（以下几项射线参数的检测如不作特殊说明，均按照上述条件设定）。使用Blue Phantom2三维水箱沿射野中心轴扫描得到PDD曲线，找出剂量最大点（Dmax）的水下深度、水下10 cm的百分深度剂量和水下20 cm的百分深度剂量，并计算PDD20/PDD10，求得射线品质因数。要求最大剂量点深度在（1.5±0.3）cm以内，PDD10在67%±3%以内[3]。

1.3.2 射野平坦度和对称性测量

使用Blue Phantom2三维水箱，射野10 cm×10 cm和30 cm×30 cm，在水下10 cm深度处，分别沿中心轴的横向和径向进行扫描，每个方向各得到两条离轴比曲线。软件可自动计算每条曲线的平坦度和对称性数值，要求平坦度≤106%，对称性≤103%[4]。

1.3.3 灯光野和照射野一致性检查

平放一张自EBT胶片于床面，打开灯光野，用针在灯光野的每条边上均匀地扎两个小孔，并盖上1 cm厚度的固体水膜，胶片下面放2 cm厚固体水膜。给予6 MV X射线100 MU照射剂量。将射野内50%等剂量线和胶片上小孔相比较[5]，要求误差≤2 mm。

1.3.4 剂量线性度检查

水下5 cm处，使用Blue Phantom2三维水箱扫描系统内单点测量功能，分别测量出束为100、200、300、400、500、600和800 MU时的实际吸收剂量值，要求设定值与实际值的关系必须为线性，其最大偏差≤2%。

1.4 多叶光栅相关参数检测内容及方法

1.4.1 叶片末端的到位准确性

机架和小机头均位于0°，铅门开至40 cm×40 cm，SSD=100 cm平面上放置一张坐标纸，在坐标纸上标定一个中心与十字叉丝中心重合[6]。制作一个简单的治疗计划，使两侧所有叶片分别运动至-10、-5、0、5、10和15 cm，检查每个叶片在坐标纸上的实际投影位置与设定位置之间的误差，要求误差≤±1 mm。

1.4.2 叶片末端的位置重复性

测试条件和叶片运动位置同1.4.1节。重复执行测试计划6次，记录每次叶片在坐标纸上得实际投影位置，比较所有叶片不同运动位置中的最大值和最小值之间偏差，要求误差≤2 mm。

1.4.3 叶片及叶片箱运动速度测试

测试条件同1.4.1节。首先任选某一叶片从-10 cm运动到10 cm，记录运动所耗时间，距离/时间=叶片运动速度，相同方法重复测试其他叶片，取6个叶片运动速度平均值。要求叶片运动速度≥30 mm/s。

1.4.4 MLC和铅门漏射率

机架和小机头均位于0°，水下5 cm处，SSD=100 cm，剂量率为400 MU/min。使用Blue Phantom2三维水箱软件内单点测量功能：① 先将射野设为10 cm×10 cm，出束200 MU，测量得到开野时吸收剂量值。然后分别出束200 MU，测量；② X铅门关至最小，Y铅门开至最大，MLC开至最大，探头放置于中心轴向左3 cm位置处的吸收剂量；③ X、Y铅门设为10 cm×10 cm，MLC关闭，探头放置于相邻两叶片缝隙中间位置处的吸收剂量。②/①为铅门漏射率，③/①为MLC漏射率，要求两比值均≤2%[7]。

1.5 EPID对比度和分辨率的检测

机架和小机头均位于0°，运动平板探测器使其中心与加速器机头的十字叉丝交点投影重合，若不重合需先对EPID的运动位置进行校准。射野 12 cm×12 cm，将Las Vegas模体直接放在平板探测器的表面并完全置于射野内。LasVegas模体的材料为铝，表面钻有直径分别为1、2、4、7、10、15 mm，深度分别为0.5、1.0、2.0、3.2、4.8 mm的圆孔[8]，每一圆孔代表不同的空间分辨率和对比度（图1）。放置时将模体上带孔的一面朝下，出束100 MU，控制室EPID电脑将采集得到一幅图像，调节窗宽窗位使图像分辨率最佳，要求至少能看到圆孔数目，见图2[9]。

2 结果

XHA600E加速器所有参数和Unique加速器关键参数[10-11]的测试结果，见表1。由表可知，XHA600E加速器的15项参数的性能指标均符合国家标准。具体来说，在机械参数方面，XHA600E加速器的机头和机架等中心精度分别为1.0 mm和0.8 mm，均小于2 mm的国标要求，各项运动的电子指示精度均符合要求，其中Y2铅门到位精度为1 mm，为误差要求临界值，经坐标纸校准2个月后复查，Y2到位精度小于0.5 mm，说明到位精度可靠。在射线参数方面，XHA600E的6 MV X射线最大剂量点为1.51 cm，PDD10为66.9%，符合最大剂量点深度≤（1.5±0.3）cm，PDD10≤（67±3）%的要求，其两个方向的射野平坦度和对称性最大值分别为105.2%和101.4%，符合平坦度≤106%、对称性≤103%的要求。在MLC参数方面，其叶片末端的到位准确性和重复性分别为0.7 mm和1.2 mm，符合出厂手册标准要求。叶片运动速度为37.5 mm/s，符合≥30 mm的要求。小机头等中心精度检查结果，见图3。机架等中心精度检查结果，见图4。

EPID分辨率测试结果，见图5。仔细观察图5可知，肉眼可分辨出的圆孔数目能够满足图2所示的标准要求。

3 讨论

相比于新华加速器之前的600D机型[12]和其他国产加速器[13-14]，XHA600E机型做了不少的改进：① 该机器的软件控制系统由DOS平台改造为Windows 7平台，新的控制系统采用模块化实时控制技术，将整台机器的控制划分为多个子模块，如治疗头控制模块、剂量监控模块和EPID模块等，每一个模块是一个嵌入式系统，内置实时操作系统PowerPAC，所有模块均通过CANBUS总线或者以太网与控制室的主机进行通讯，使工作界面得到优化的同时也具备了更好的升级扩展能力；② 主要运动轴的机械运动反馈方式由原来的单通道采样升级为双通道采样，其中绝对值编码器负责主通道位置检测，电位器负责与编码器实时比较，一旦超出误差范围即触发连锁，更好的保证了机械运动的到位准确度和安全性；③ 新机型的剂量率实测最高可达到570 MU/min，与之前相比也有很大提升，可以有效缩短治疗时间。

本研究的检测结果表明，XHA600E型加速器的所有性能指标均符合国家标准，能够满足临床治疗的要求。与美国Varian公司Unique加速器的关键参数进行对比测试：①在设备的等中心精度、射线质、射野平坦度和对称性方面，XHA600E与Unique的差别不大，Unique的等中心精度略高，射野平坦度和对称性更好；② MLC性能方面，两者的设计结构相似，均采用“叶片+叶片箱”式结构，单侧叶片在叶片箱内安装，叶片箱也可整体运动，拓展了叶片的实际运动范围。两者均采用正交编码器来检测叶片的实际运动位置，但Unique采用“softpot”软电位器板作为次级位置检测，以确保叶片运动位置的准确和安全[15]，而XHA600E则无次级位置检测；③ 在EPID的开发使用方面，XHA600E仅能够进行单曝光正交位置验证，其EPID软件界面简单，图像匹配方式单一，且在使用中多次出现软件死机状况，仍需改进；Unique则既可实现多种曝光模式的位置验证，也可进行剂量验证，可见在影像验证功能方面，XHA600E尚存在明显差距。另外，XHA600E的有些电路板设计简单，缺少相应的检测和保护电路，曾出现过真空电源板上的高压模块在一段时间内多次烧坏情况，后经改进已解决该问题。

目前，我国的直线加速器高端市场大部分被瓦里安和医科达[16]两家公司垄断，市场份额高达80%以上，国家设立多项 科研基金扶持国产加速器向高端推进，以期逐步打破这种垄断局面。XHA600E相较于其上一代600D机型，软硬件性能有了很大提升，可以实现位置验证，缩小了与进 口加速器之间的差距，又有其价格便宜、维护成本低的优势，是基层医疗单位更新换代的理想选择。

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