首頁>技術(shù)中心>技術(shù)資訊>醫(yī)用加速器輸出劑量的測(cè)量與校準(zhǔn)
醫(yī)用加速器輸出劑量的測(cè)量與校準(zhǔn)
發(fā)布時(shí)間：2017-11-22
引言
為保證醫(yī)用加速器輸出劑量量值的統(tǒng)一與準(zhǔn)確度,使其量值溯源到國家基準(zhǔn),我國將醫(yī)用加速器等輻射治療源列為強(qiáng)制計(jì)量檢定目錄,并制定編號(hào)為JJG589-2001《外照射輻射治療源》中華人民共和國計(jì)量檢定規(guī)程(以下簡稱“規(guī)程”)[3],以便定期對(duì)醫(yī)用加速器等輻射治療源進(jìn)行檢定。
本文在此就如何正確使用電離室型劑量儀的校正因子(NX、NK和ND),以及作者根據(jù)“規(guī)程”,結(jié)合測(cè)量的實(shí)例對(duì)醫(yī)用加速器吸收劑量測(cè)量與校準(zhǔn)問題進(jìn)行討論。
1高能光子與電子束在水模體中的吸收劑量測(cè)定
1?1ND值的確定
在水模體中測(cè)量高能光子與電子束的吸收劑量之前,首先要確定電離室空腔內(nèi)空氣吸收劑量校準(zhǔn)因子ND的值。要確定ND,第一步是將現(xiàn)場(chǎng)使用的治療水平電離室型劑量計(jì)連同電離室一起送交國家級(jí)基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(PSDL)或經(jīng)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局批準(zhǔn)授權(quán)的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(SSDL),在60Coγ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場(chǎng)中將劑量儀讀數(shù)M(div)與照射量的標(biāo)準(zhǔn)值Xs(C/kg)進(jìn)行測(cè)量,即給出照射量校準(zhǔn)因子Nx值:
我國輻射治療學(xué)領(lǐng)域,習(xí)慣使用倫琴(R)作為照射量單位(1R=2?58×10-4C/kg),倫琴(R)屬于被淘汰的非法定單位,考慮采用法定單位及使用習(xí)慣,目前,我們將校正因子變通為如下形式:
盡管在式(2)中沒有出現(xiàn)非法定單位,通過校正因子(NX)修正后的測(cè)量結(jié)果,實(shí)際仍然相當(dāng)于以倫琴(R)為單位的照射量單位,所以在使用校正因子(NX),并利用“規(guī)程”計(jì)算水吸收劑量時(shí),一定將校正因子(NX)乘以2?58×10-4的系數(shù)。
第二步把照射量校準(zhǔn)因子轉(zhuǎn)化為吸收劑量校準(zhǔn)因子,即:NX×(2?58×10-4)?W/e。W/e是在空氣中形成一個(gè)電子電荷的每對(duì)離子消耗射線的平均能量,W/e=33?97J/c。第三步由于ND值與現(xiàn)場(chǎng)使用的電離室型號(hào)有關(guān),即依賴于電離室的形狀和電離室壁材料等,故應(yīng)對(duì)Katt與KM值進(jìn)行修正,Katt是校準(zhǔn)電離室時(shí),電離室壁及平衡帽對(duì)60Coγ射線的吸收和散射的修正;Km是電離室壁與平衡帽的材料對(duì)60Coγ射線空氣等效不充分而引起的修正。Katt?Km可在“規(guī)程”表A2或其他相關(guān)參考書中查出。例如NEFARMER 2571型標(biāo)稱收集體積為0?6cm3的圓柱形電離室Katt?Km=0?985,則:
當(dāng)PSDL或SSDL給出的不是照射量校準(zhǔn)因子而是空氣比釋動(dòng)能因子NK時(shí),NK與NX可按下式互相轉(zhuǎn)換:
式中,g是電離輻射產(chǎn)生的次級(jí)電子消耗于軔致輻射的能量占其初始能量的份額。對(duì)于60Coγ射線,g=0?3%,對(duì)于光子最大能量小于300keV的X射線,g值可忽略不計(jì)。
1?2高能光子在水模體中的吸收劑量測(cè)量與計(jì)算
首先要通過測(cè)算高能光子在標(biāo)準(zhǔn)條件下即SSD= 100cm, 30cm×30cm×22cm水模內(nèi)(NE2545/3A標(biāo)準(zhǔn)水模體或同類型產(chǎn)品)10cm×10cm射野中心軸上的劑量比(水深度為20cm與10cm的吸收劑量的比值,D20/D10)或定義為:源室距SCD=100cm,在電離室有效測(cè)量點(diǎn)所在的并與輻射束垂直的平面上射野10cm×10cm,在水深度為深度20cm與10cm的吸收劑量的比值]來確定水對(duì)空氣的阻止本領(lǐng)比SW,air和擾動(dòng)因子Pu及校準(zhǔn)深度d的值[3]。
查出SW,air與校準(zhǔn)深度d的數(shù)值,顯然,這是最簡單的一種方法。如D20/D10≈0?5,=0?68,SW,air=1?119,d=5cm。根據(jù)值和使用的電離室壁材料通過“規(guī)程”圖A1,可確定擾動(dòng)因子Pu的值,Pu=0?996,Pcel是對(duì)電離室中心電極的修正,當(dāng)光子能量(hν)max≤25MeV時(shí),對(duì)于中心電極為鋁材料的2571電離室而言,Pcel=1?000(1AEA TRS277表XIX)。KTP是電離室空腔內(nèi)空氣密度的修正因子{為了量值統(tǒng)一,利用公式KTP=[(273?15+T)/(273?15+20)]?101?3/P將測(cè)量結(jié)果修正到20℃,101?3kPa條件下,T和P分別是測(cè)量室內(nèi)電離室所在介質(zhì)(如水)中的溫度(℃)和氣壓(kPa)},則水中校準(zhǔn)深度5cm處的吸收劑量為:
應(yīng)該說明的是,在測(cè)量時(shí),我們使用的圓柱形電離室的有效測(cè)量點(diǎn)并非在其幾何中心上,對(duì)于加速器產(chǎn)生的高能光子與60Coγ射線,其有效測(cè)量點(diǎn)向射線入射方向移動(dòng)0?6r,對(duì)于電子束移動(dòng)0?5r[3],r為用戶所使用電離室的內(nèi)半徑(如:2571型電離室的r=3?15mm)。也就是說對(duì)于6MVX射線,電離室的幾何中心在水模體中校準(zhǔn)深度5cm處進(jìn)行測(cè)量,實(shí)際上相當(dāng)于4?8cm(0?6r≈2mm)。因此,測(cè)量時(shí),在保持SSD=100cm不變的情況下,應(yīng)使水模體內(nèi)的水表面在5cm的刻度線上增加2mm高度。
1?3電子束在水模體中的吸收劑量測(cè)量與計(jì)算
首先要確定被測(cè)定的電子束在水模體表面的平均能量,“規(guī)程”要求,當(dāng)SSD=100cm,標(biāo)稱能量≤15MeV,射野面積不小于12cm×12cm和標(biāo)稱能量>15MeV,射野面積不小于20cm×20cm。在水模內(nèi),電離室有效測(cè)量點(diǎn)沿電子束軸移動(dòng),測(cè)出吸收劑量或電離半值深度(cm)分別以和表示,并根據(jù)測(cè)出的或通過“規(guī)程”表2找出與水模表面平均能量E0的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如11=3?8cm,則=9MeV.第二步根據(jù)可通過“規(guī)程”表7確定其校準(zhǔn)深度,當(dāng)校準(zhǔn)深度如=9MeV,則校準(zhǔn)深度d=1cm。這樣可根據(jù)和d,通過“規(guī)程”表A6電子束的水對(duì)空氣的阻止本領(lǐng)比SW,air,來確定電子實(shí)際射程RP與SW,air的值(注:規(guī)程僅給出2~20的SW,air與RP的值,在實(shí)際操作中如遇見>20情況,請(qǐng)參照IAEA277號(hào)報(bào)告相應(yīng)表格數(shù)據(jù)進(jìn)行)。如=9MeV,d=1cm,則SW,air=1?021,RP=4?52cm。第三步確定電子束擾動(dòng)修正因子Pu。在確定Pu前,首先要按式(6)計(jì)算出水下1cm處的平均能量置
式中,z為水中校準(zhǔn)深度,Z=d=1cm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的電離室的內(nèi)半徑(r=3?15mm)和Ez,通過“規(guī)程”表A7并用內(nèi)插的方法確定Pu=0?971。對(duì)于中心電極(AL)半徑為1mm的2571電離室,Pcel=1?015(“規(guī)程”表B2)。當(dāng)使用12cm×12cm限光筒,則水中校準(zhǔn)深度1cm處的吸收劑量為:
由于電離室有效測(cè)量點(diǎn)與幾何中心相差0?5r(≈1?6mm),所以,與X射線一樣,測(cè)量時(shí),保持在SSD=100cm不變的情況下,應(yīng)使水模體表面在1cm的刻度線上增加1?6mm。
2加速器的劑量校準(zhǔn)
1?加速器產(chǎn)生的高能光子和電子束的吸收劑量的校準(zhǔn),通常在標(biāo)稱源皮距離SSD=100cm,水模體內(nèi)10cm×10cm(對(duì)電子束,限光筒大小依能量而定)射野中心軸上最大劑量點(diǎn)處,用經(jīng)PSDL或SS-DL校準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)劑量計(jì)和電離室通過調(diào)節(jié)加速器劑量控制系統(tǒng)上的閾值電位器使加速器上的監(jiān)督劑量儀的讀數(shù)(監(jiān)測(cè)單位)1 MU=1cCy。
例1:Varian 2100C電子直線加速器6MV X射線;NE Farmer 2570/1A劑量計(jì)和2571 0?6cm3電離室;NE2545/3A水模體;NX=1?019、T=25℃、P=100?8kPa、PDD(10cm)=66?3%、PDD(20cm):38?3%、PDD(4?8cm): 86?4% (以上PDD均為10cm×10cm射野條件下的測(cè)量數(shù)值)。要求在上述條件下,對(duì)加速器6MV X射線進(jìn)行劑量校準(zhǔn)。
由上文已知DW(5cm)=M?ND?SW,air?Pu?Pcel?KTP,其測(cè)算的結(jié)果是對(duì)于6MV X射線,加速器給出100MU,在SSD=100cm,水模內(nèi)10cm×10cm射野中心軸上5cm處的吸收劑量。由于電離室?guī)缀沃行呐c其有效測(cè)量點(diǎn)相差約2mm,則實(shí)際所測(cè)為4?8cm處的吸收劑量,按加速器的劑量校準(zhǔn)要求是在標(biāo)準(zhǔn)條件下射野中心軸上最大劑量點(diǎn)處,那么,最大劑量點(diǎn)若為水下1?4cm則:
式中,測(cè)量室內(nèi)的KTP=1?022,而88?1則是在上述特定條件下的常數(shù),若把加速器校準(zhǔn)為1MU=1cGy,方法有兩種,一是用88?1除以1?022,即M=86?2,只要通過調(diào)節(jié)加速器有關(guān)劑量控制系統(tǒng)上的電位器使現(xiàn)插劑量計(jì)在水模內(nèi)校準(zhǔn)深度測(cè)得的讀數(shù)M=86?2,即完成了對(duì)加速器的劑量校準(zhǔn)。二是有些劑量計(jì)(如NE 2570/1型等劑量計(jì))在其內(nèi)部都設(shè)置了對(duì)溫度、氣壓的校正功能,只要把測(cè)量室內(nèi)的溫度和氣壓輸入到劑量計(jì),即M=88?1,也就是說通過調(diào)節(jié)加速器有關(guān)劑量控制系統(tǒng)上的電位器使現(xiàn)場(chǎng)劑量計(jì)讀數(shù)M=88?1,即完成了對(duì)加速器的劑量刻度。
例2:與例1的條件相同,對(duì)加速器產(chǎn)生的9MeV電子束進(jìn)行劑量校準(zhǔn)。PDD(8?4mm):88?5%。
對(duì)電子束,電離室的有效測(cè)量點(diǎn)向射線入射方向移動(dòng)0?5r(≈1?66mm)。對(duì)于電離室有效測(cè)量點(diǎn)的校準(zhǔn)方法有兩種,一種是在保持源到水表面距離不變即SSD=100cm的條件下,把電離室?guī)缀沃行脑谒Ｖ行?zhǔn)深度1cm時(shí)的水表面增加1?6mm,它是利用目測(cè)的方法在水模的側(cè)壁1cm的刻度線上,增高1?6mm,其準(zhǔn)確性與重復(fù)性較差。另一種方法,當(dāng)把電離室?guī)缀沃行闹糜谒Ｖ行?zhǔn)深度1cm時(shí),實(shí)際上,電離室有效測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量深度為8?4mm,這樣,我們只要把計(jì)算吸收劑量時(shí),與測(cè)量深度有關(guān)的參數(shù)16、SW,air與Pu值按水中8?4mm深度時(shí)確定,然后,再將吸收劑量的測(cè)算結(jié)果除以水模內(nèi)射野中心軸上8?4mm處的百分深度劑量PDD(8?4mm),即反算到最大劑量點(diǎn)的吸收劑量。當(dāng)然,第1種方法也需要反算到最大劑量點(diǎn),它不是除以PDD(8?4mm)而是PDD(1cm)。當(dāng)10=9MeV,d=8?4mm,則SW,air=1?017,RP=4?52cm;那么該電子束在水中8?4mm的平均能量:
根據(jù)= 7?3MeV和2571電離室的內(nèi)徑r=3?15mm可確定Pu=0?872。則9MeV電子束在水中最大劑量點(diǎn)的吸收劑量為:
(a)式表示只要把測(cè)量室內(nèi)的溫度、氣壓輸入到劑量計(jì),然后,通過調(diào)節(jié)加速器上的有關(guān)電位器使劑量計(jì)的讀數(shù)等于100?2,即完成了對(duì)加速器9MeV電子束1MU:1cGy的校準(zhǔn)。而(b)式則必須計(jì)算出KTP值(如KTP=1?022)則用1?022去除100?2即M=98?04,它表示只要調(diào)節(jié)電位器使劑量計(jì)的讀數(shù)M=98?04也就完成了對(duì)加速器的校準(zhǔn)。醫(yī)用加速器屬于成熟定型產(chǎn)品,其輸出劑量通常很穩(wěn)定,為了保證其輸出劑量的準(zhǔn)確度及其治療效果,對(duì)加速器日常檢測(cè)是十分必要的,如實(shí)測(cè)cGy/MU關(guān)系相差大于3%時(shí),需首先判斷與檢查測(cè)量用的劑量儀和電離室工作是否正常(如:用檢驗(yàn)源進(jìn)行檢查),其次檢查SSD、校準(zhǔn)深度、射野尺寸及計(jì)算等是否正確,在上述條件都確定無誤情況下,最后才對(duì)加速器用上述方法進(jìn)行校準(zhǔn),并對(duì)校準(zhǔn)條件詳細(xì)記錄。
2?根據(jù)胡逸民教授主編的(腫瘤放射物理學(xué))要求,對(duì)加速器產(chǎn)生的所有能量的X射線與電子束均應(yīng)每日或至少每周兩次進(jìn)行常規(guī)劑量監(jiān)測(cè),即在特定條件下,檢查cGy/MU關(guān)系,允許精度為±2%[5]。對(duì)全年檢測(cè)結(jié)果,精度不超過±1%的加速器亦可每周測(cè)量1次,對(duì)有些設(shè)置溫度、氣壓校正功能的劑量計(jì)可采用作者設(shè)計(jì)的劑量測(cè)量記錄單(2)或類似表格;對(duì)于不具有該功能的劑量計(jì),或不使用這一功能的測(cè)量人員可使用劑量測(cè)量記錄單(1)見表1、2。根據(jù)每季度或半年或1年記錄的監(jiān)測(cè)結(jié)果,繪制出直觀的曲線圖,提供給設(shè)備維修人員維修和保養(yǎng)加速器時(shí)作為參考。
3?常規(guī)劑量監(jiān)測(cè),對(duì)于加速器的常規(guī)劑量監(jiān)測(cè),國外綜合醫(yī)院的放療部門或放療中心,每天在腫瘤患者接受治療前,都要進(jìn)行吸收劑量的監(jiān)測(cè)。為此,我們既要與國際接軌,保證患者接受輻射劑量的準(zhǔn)確,同時(shí)又要使測(cè)量方法簡便易行,用時(shí)較短。有條件的醫(yī)院可使用固體水(如美國RMI的Slid WaterTM)等材料作為測(cè)量模體,也可用有機(jī)玻璃自制模體,面積30cm×30cm、厚度分別為1cm和2cm若干塊,其中包括帶有電離室插孔的2cm的有機(jī)玻璃1塊,其電離室中心距有機(jī)玻璃模體表面1cm。首先按例1和例2的測(cè)算方法,在SSD=100cm和水模內(nèi)10cm×10cm射野中心軸上最大劑量點(diǎn)處,使用經(jīng)PSDL或SSDL校準(zhǔn)過的劑量計(jì)和圓柱形電離室,通過調(diào)節(jié)加速器劑量控制系統(tǒng)上的有關(guān)電位器使1MU=1cGy。然后,移去水模體,將電離室插入有機(jī)玻璃模體中按不同射線及能量規(guī)定的校準(zhǔn)深度和與在水模體中完全相同的輻射條件下進(jìn)行測(cè)量,并記下各能量光以及電子束的測(cè)量結(jié)果(作為劑量計(jì)讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值)。這樣,每天早晨治療病人前,只要在預(yù)熱加速器和劑量計(jì)的同時(shí),將電離室探頭插入有機(jī)玻璃模體,做好一切測(cè)量準(zhǔn)備工作并將當(dāng)時(shí)室內(nèi)氣壓、溫度輸入到劑量計(jì),出束后將測(cè)量結(jié)果與初始的在有機(jī)玻璃模體中測(cè)量的劑量計(jì)讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,要求不得超過±2%。對(duì)于1臺(tái)具有雙光子和5檔電子束的加速器,每天早晨的常規(guī)劑量監(jiān)測(cè),從開機(jī)預(yù)熱到測(cè)量結(jié)束,一般使用時(shí)間不超過30min。
摘自：中國計(jì)量測(cè)控網(wǎng)
