醫用加速器輸出劑量的測量與校準
發布時間：2017-11-22
引言
為保證醫用加速器輸出劑量量值的統一與準確度,使其量值溯源到國家基準,我國將醫用加速器等輻射治療源列為強制計量檢定目錄,并制定編號為JJG589-2001《外照射輻射治療源》中華人民共和國計量檢定規程(以下簡稱“規程”)[3],以便定期對醫用加速器等輻射治療源進行檢定。
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“規程”,結合測量的實例對醫用加速器吸收劑量測量與校準問題進行討論。
1高能光子與電子束在水模體中的吸收劑量測定
1?1ND值的確定
在水模體中測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空氣吸收劑量校準因子ND的值。要確定ND,第一步是將現場使用的治療水平電離室型劑量計連同電離室一起送交國家級基準實驗室(PSDL)或經國家質量監督檢驗檢疫總局批準授權的次級標準實驗室(SSDL),在60Coγ射線標準輻射場中將劑量儀讀數M(div)與照射量的標準值Xs(C/kg)進行測量,即給出照射量校準因子Nx值:
我國輻射治療學領域,習慣使用倫琴(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)中沒有出現非法定單位,通過校正因子(NX)修正后的測量結果,實際仍然相當于以倫琴(R)為單位的照射量單位,所以在使用校正因子(NX),并利用“規程”計算水吸收劑量時,一定將校正因子(NX)乘以2?58×10-4的系數。
第二步把照射量校準因子轉化為吸收劑量校準因子,即:NX×(2?58×10-4)?W/e。W/e是在空氣中形成一個電子電荷的每對離子消耗射線的平均能量,W/e=33?97J/c。第三步由于ND值與現場使用的電離室型號有關,即依賴于電離室的形狀和電離室壁材料等,故應對Katt與KM值進行修正,Katt是校準電離室時,電離室壁及平衡帽對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60Coγ射線空氣等效不充分而引起的修正。Katt?Km可在“規程”表A2或其他相關參考書中查出。例如NEFARMER 2571型標稱收集體積為0?6cm3的圓柱形電離室Katt?Km=0?985,則:
當PSDL或SSDL給出的不是照射量校準因子而是空氣比釋動能因子NK時,NK與NX可按下式互相轉換:
式中,g是電離輻射產生的次級電子消耗于軔致輻射的能量占其初始能量的份額。對于60Coγ射線,g=0?3%,對于光子最大能量小于300keV的X射線,g值可忽略不計。
1?2高能光子在水模體中的吸收劑量測量與計算
首先要通過測算高能光子在標準條件下即SSD= 100cm, 30cm×30cm×22cm水模內(NE2545/3A標準水模體或同類型產品)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,在電離室有效測量點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]來確定水對空氣的阻止本領比SW,air和擾動因子Pu及校準深度d的值[3]。
查出SW,air與校準深度d的數值,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。根據值和使用的電離室壁材料通過“規程”圖A1,可確定擾動因子Pu的值,Pu=0?996,Pcel是對電離室中心電極的修正,當光子能量(hν)max≤25MeV時,對于中心電極為鋁材料的2571電離室而言,Pcel=1?000(1AEA TRS277表XIX)。KTP是電離室空腔內空氣密度的修正因子{為了量值統一,利用公式KTP=[(273?15+T)/(273?15+20)]?101?3/P將測量結果修正到20℃,101?3kPa條件下,T和P分別是測量室內電離室所在介質(如水)中的溫度(℃)和氣壓(kPa)},則水中校準深度5cm處的吸收劑量為:
應該說明的是,在測量時,我們使用的圓柱形電離室的有效測量點并非在其幾何中心上,對于加速器產生的高能光子與60Coγ射線,其有效測量點向射線入射方向移動0?6r,對于電子束移動0?5r[3],r為用戶所使用電離室的內半徑(如:2571型電離室的r=3?15mm)。也就是說對于6MVX射線,電離室的幾何中心在水模體中校準深度5cm處進行測量,實際上相當于4?8cm(0?6r≈2mm)。因此,測量時,在保持SSD=100cm不變的情況下,應使水模體內的水表面在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量與計算
首先要確定被測定的電子束在水模體表面的平均能量,“規程”要求,當SSD=100cm,標稱能量≤15MeV,射野面積不小于12cm×12cm和標稱能量>15MeV,射野面積不小于20cm×20cm。在水模內,電離室有效測量點沿電子束軸移動,測出吸收劑量或電離半值深度(cm)分別以和表示,并根據測出的或通過“規程”表2找出與水模表面平均能量E0的對應關系,如11=3?8cm,則=9MeV.第二步根據可通過“規程”表7確定其校準深度,當校準深度如=9MeV,則校準深度d=1cm。這樣可根據和d,通過“規程”表A6電子束的水對空氣的阻止本領比SW,air,來確定電子實際射程RP與SW,air的值(注:規程僅給出2~20的SW,air與RP的值,在實際操作中如遇見>20情況,請參照IAEA277號報告相應表格數據進行)。如=9MeV,d=1cm,則SW,air=1?021,RP=4?52cm。第三步確定電子束擾動修正因子Pu。在確定Pu前,首先要按式(6)計算出水下1cm處的平均能量置
式中,z為水中校準深度,Z=d=1cm。根據現場使用的電離室的內半徑(r=3?15mm)和Ez,通過“規程”表A7并用內插的方法確定Pu=0?971。對于中心電極(AL)半徑為1mm的2571電離室,Pcel=1?015(“規程”表B2)。當使用12cm×12cm限光筒,則水中校準深度1cm處的吸收劑量為:
由于電離室有效測量點與幾何中心相差0?5r(≈1?6mm),所以,與X射線一樣,測量時,保持在SSD=100cm不變的情況下,應使水模體表面在1cm的刻度線上增加1?6mm。
2加速器的劑量校準
1?加速器產生的高能光子和電子束的吸收劑量的校準,通常在標稱源皮距離SSD=100cm,水模體內10cm×10cm(對電子束,限光筒大小依能量而定)射野中心軸上最大劑量點處,用經PSDL或SS-DL校準的現場劑量計和電離室通過調節加速器劑量控制系統上的閾值電位器使加速器上的監督劑量儀的讀數(監測單位)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射野條件下的測量數值)。要求在上述條件下,對加速器6MV X射線進行劑量校準。
由上文已知DW(5cm)=M?ND?SW,air?Pu?Pcel?KTP,其測算的結果是對于6MV X射線,加速器給出100MU,在SSD=100cm,水模內10cm×10cm射野中心軸上5cm處的吸收劑量。由于電離室幾何中心與其有效測量點相差約2mm,則實際所測為4?8cm處的吸收劑量,按加速器的劑量校準要求是在標準條件下射野中心軸上最大劑量點處,那么,最大劑量點若為水下1?4cm則:
式中,測量室內的KTP=1?022,而88?1則是在上述特定條件下的常數,若把加速器校準為1MU=1cGy,方法有兩種,一是用88?1除以1?022,即M=86?2,只要通過調節加速器有關劑量控制系統上的電位器使現插劑量計在水模內校準深度測得的讀數M=86?2,即完成了對加速器的劑量校準。二是有些劑量計(如NE 2570/1型等劑量計)在其內部都設置了對溫度、氣壓的校正功能,只要把測量室內的溫度和氣壓輸入到劑量計,即M=88?1,也就是說通過調節加速器有關劑量控制系統上的電位器使現場劑量計讀數M=88?1,即完成了對加速器的劑量刻度。
例2:與例1的條件相同,對加速器產生的9MeV電子束進行劑量校準。PDD(8?4mm):88?5%。
對電子束,電離室的有效測量點向射線入射方向移動0?5r(≈1?66mm)。對于電離室有效測量點的校準方法有兩種,一種是在保持源到水表面距離不變即SSD=100cm的條件下,把電離室幾何中心在水模中校準深度1cm時的水表面增加1?6mm,它是利用目測的方法在水模的側壁1cm的刻度線上,增高1?6mm,其準確性與重復性較差。另一種方法,當把電離室幾何中心置于水模中校準深度1cm時,實際上,電離室有效測量點的測量深度為8?4mm,這樣,我們只要把計算吸收劑量時,與測量深度有關的參數16、SW,air與Pu值按水中8?4mm深度時確定,然后,再將吸收劑量的測算結果除以水模內射野中心軸上8?4mm處的百分深度劑量PDD(8?4mm),即反算到最大劑量點的吸收劑量。當然,第1種方法也需要反算到最大劑量點,它不是除以PDD(8?4mm)而是PDD(1cm)。當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= 7?3MeV和2571電離室的內徑r=3?15mm可確定Pu=0?872。則9MeV電子束在水中最大劑量點的吸收劑量為:
(a)式表示只要把測量室內的溫度、氣壓輸入到劑量計,然后,通過調節加速器上的有關電位器使劑量計的讀數等于100?2,即完成了對加速器9MeV電子束1MU:1cGy的校準。而(b)式則必須計算出KTP值(如KTP=1?022)則用1?022去除100?2即M=98?04,它表示只要調節電位器使劑量計的讀數M=98?04也就完成了對加速器的校準。醫用加速器屬于成熟定型產品,其輸出劑量通常很穩定,為了保證其輸出劑量的準確度及其治療效果,對加速器日常檢測是十分必要的,如實測cGy/MU關系相差大于3%時,需首先判斷與檢查測量用的劑量儀和電離室工作是否正常(如:用檢驗源進行檢查),其次檢查SSD、校準深度、射野尺寸及計算等是否正確,在上述條件都確定無誤情況下,最后才對加速器用上述方法進行校準,并對校準條件詳細記錄。
2?根據胡逸民教授主編的(腫瘤放射物理學)要求,對加速器產生的所有能量的X射線與電子束均應每日或至少每周兩次進行常規劑量監測,即在特定條件下,檢查cGy/MU關系,允許精度為±2%[5]。對全年檢測結果,精度不超過±1%的加速器亦可每周測量1次,對有些設置溫度、氣壓校正功能的劑量計可采用作者設計的劑量測量記錄單(2)或類似表格;對于不具有該功能的劑量計,或不使用這一功能的測量人員可使用劑量測量記錄單(1)見表1、2。根據每季度或半年或1年記錄的監測結果,繪制出直觀的曲線圖,提供給設備維修人員維修和保養加速器時作為參考。
3?常規劑量監測,對于加速器的常規劑量監測,國外綜合醫院的放療部門或放療中心,每天在腫瘤患者接受治療前,都要進行吸收劑量的監測。為此,我們既要與國際接軌,保證患者接受輻射劑量的準確,同時又要使測量方法簡便易行,用時較短。有條件的醫院可使用固體水(如美國RMI的Slid WaterTM)等材料作為測量模體,也可用有機玻璃自制模體,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的有機玻璃1塊,其電離室中心距有機玻璃模體表面1cm。首先按例1和例2的測算方法,在SSD=100cm和水模內10cm×10cm射野中心軸上最大劑量點處,使用經PSDL或SSDL校準過的劑量計和圓柱形電離室,通過調節加速器劑量控制系統上的有關電位器使1MU=1cGy。然后,移去水模體,將電離室插入有機玻璃模體中按不同射線及能量規定的校準深度和與在水模體中完全相同的輻射條件下進行測量,并記下各能量光以及電子束的測量結果(作為劑量計讀數的標準值)。這樣,每天早晨治療病人前,只要在預熱加速器和劑量計的同時,將電離室探頭插入有機玻璃模體,做好一切測量準備工作并將當時室內氣壓、溫度輸入到劑量計,出束后將測量結果與初始的在有機玻璃模體中測量的劑量計讀數的標準值進行比較,要求不得超過±2%。對于1臺具有雙光子和5檔電子束的加速器,每天早晨的常規劑量監測,從開機預熱到測量結束,一般使用時間不超過30min。
摘自：中國計量測控網
