醫用電子直線加速器高能X射線輸出劑量測量的質量控制

曾自力

醫用電子直線加速器高能X射線輸出劑量測量的質量控制

曾自力

目的：分析醫用電子直線加速器高能X射線輸出劑量測量的質量控制的主要內容及測算方法，提高臨床治療的穩定性及治療實施的準確性和精度。方法：介紹國際原子能機構第277號技術報告，醫用電子直線加速器高能X射線在水模體中吸收劑量的公式及檢測方法，劑量監測儀讀數的刻度，源皮距SSD照射、源軸距SAD等中心給角照射處方劑量計算，數據的處理。結果：得出了醫用電子直線加速器高能X射線輸出劑量測量質量保證和質量控制的主要內容及檢測方法。結論：作為加速器高能X射線輸出劑量測量質量保證和質量控制的主要內容及檢測方法，對各級放射治療單位加速器高能X射線輸出劑量測量質量保證體系的建立具有現實指導作用。

輸出劑量；質量保證；質量控制；國際原子能機構；第277號技術報告

AbstractObjectiveTo analyze the major content and test methods of quality assurance and quality control for the determination of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator,and to assure clinic treatment stableness and raise clinic treatment accuracy.MethodsNo.277 technical reports of International Atomic Energy Agency,formula Dw （Peff）=M·Nd·SW,AIR·PU·PCEL and test methods of absorbed dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator,graduation of dose monitor indication,prescription dose account of source skin distance irradiation and source axle distance irradiation and data process were introduced.ResultsThe major content and test methods of quality assurance and quality control for the determination of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator were obtained.ConclusionThe major content and test methods of quality assurance and quality control for the determination of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator can be used in direct radiotherapy unit at different levels and establishing quality assurance system of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator.[Chinese Medical Equipment Journal，2011，32（2）：104-106]

Key wordsexported dose;quality assurance;quality control;International Atomic Energy Agency;No.277 Technical report

1 引言

放射治療是指利用X、γ射線或其他電離輻射的放射性，使細胞及組織遭到破壞而達到治療目的的方法。電離輻射進入人體組織后，會發生一系列物理、化學以及生物學的變化，最后導致組織的生物學損傷，即生物效應，該效應的大小正比于組織中吸收電離輻射的能量。這種治療方法對幼稚和生長旺盛的腫瘤細胞作用很大，但放射性在破壞和殺死腫瘤細胞的同時，對周圍正常組織細胞也有破壞作用。確切地了解組織中吸收的電離輻射能量對評估放射治療的療效和副作用極其重要。治療設備輸出劑量的精確測定是進行放射治療最基本的物理學要素，稍有疏忽就可能會造成較大的劑量誤差，直接影響到靶區劑量的準確性，從而影響放療質量。因此，放療劑量測量中的質量控制是對腫瘤患者進行精確治療不可缺少的重要環節。現就Varian clinac23EX醫用直線加速器高能X射線輸出劑量測量與校準的質量控制相關內容按有關規定實施，并結合本單位的具體條件進行探討。

2 一般資料

2.1 被測機器

Varian clinac23EX醫用直線加速器，帶有左右各40片等中心處寬1 cm的葉片組合構成的多葉準直器，X射線能量為15 MV和6 MV，X射線劑量率為100～600 cGy/min；電子線能量分別為 6、9、12、15、18、22 MeV，電子線劑量率為 100～1 000 cGy/min。源軸距100 cm，等中心處最大射野為40 cm×40 cm。

2.2 測量條件

測量時，環境溫度為15～35℃，大氣壓強為 80～110 kPa，相對濕度為30%～75%；測量環境的輻射為本底，外來電磁場和機械震動等均不應引起劑量計值的顯著偏差和不穩。全自動三維掃描水箱，中國測試技術研究院生產的9606B型電離室劑量儀，劑量儀的電離室性能應符合有關規定的要求，經計量檢定機構檢定合格。檢測時，所用模體為標準水模體，容積為30 cm×30 cm×30 cm。其他劑量器具：溫度計、氣壓計的測量范圍為 0～50 ℃，80～110 kPa；溫度計、氣壓計、測距尺的最小分度值分別為0.5℃、0.1 kPa和1 mm。

3 方法與結果

3.1 IAEA TRS-277

根據國際原子能機構（IAEA）1997年發表的第277號技術報告[1]，137Cs、60Co產生的射線和醫用加速器產生的高能 X射線以及高能電子束在水模體中吸收劑量測定分2步：首先，電離室空腔中空氣吸收劑量因子Nd的確定公式為：

作者單位：545007 廣西柳州 柳州市柳鐵中心醫院腫瘤科（曾自力）

式中，Nk為電離室劑量計空氣比釋動能校準因子；g為X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總和的份額；Katt為儀器校準時，電離室室壁及平衡帽對校準輻射的吸收和散射的校準因子；KM為儀器校準時，電離室室壁及平衡帽的材料對校準輻射空氣等效不充分而引起的修正。

其次，在未受擾動的水模體中，電離室測量有效點Peff深度處吸收劑量Dw（Peff）的確定公式為：

式中，M為經溫度、氣壓修正后的儀器讀數；SW，AIR校準深度水對空氣的平均阻本領比；PU擾動修正因子；PCEL中心電極影響，其數值取1。

在我國現行量值傳遞體系中，給出的是照射量校準因子Nx，其與Nk的關系是：

式中，W/e在空氣中形成每對離子（其電荷為1個電子的電荷）所消耗的平均能量，W/e質為33.97 J/C。由此得出：

電離室中心所收集的電離電荷是源于它前方的某點產生的次級電子，有必要定義電離室的有效測量點Peff，以修正電離室氣腔內電離輻射的注量梯度變化。有效測量點Peff位于電離室中心點P的前方（面向電離輻射入射方向），如以r表示電離室腔內半徑，高能X射線和60Co產生的射線，Peff位于0.6r處，其中高能電子束為0.5r。

3.2 醫用電子直線加速器劑量監測儀讀數的刻度及處方劑量計算

3.2.1 劑量監測儀讀數的刻度

對于加速器上的劑量儀，一般使參考射野在標稱源皮距SSD或源軸距SAD處，標定成1 cGy=MU，MU為加速器劑量儀的監測跳數。在標稱治療距離SSD=100 cm，水模表面光野為10 cm×10 cm，電離室的軸與射線軸垂直。中心軸上水中校準深度處，6 MV X線電離室有效測量點位于水下5 cm處，15 MV X線電離室有效測量點位于水下10 cm處。測量前，電離室在水模中至少要放置15 min，以保證溫度平衡。測量水模體內溫度T=25.8℃，環境大氣壓P=100.9 kPa，輸入劑量儀。開機出射線，從劑量儀表上讀取3～5個讀數，并得出儀表平均讀數M。中心軸上校準點處的水的吸收劑量D（m）（Peff）（Gy）的計算為：

式中，M為經過空氣密度、濕度、離子復合修正后的劑量儀的平均讀數，單位為Q/kg；Nx為電離室照射量校正因子，RT-100劑量儀為0.964；W/e為在空氣中形成每對離子（其電荷為1個電子的電荷）所消耗的平均能量值取33.97 J/C；Katt為校準電離室時，電離室室壁及平衡帽對校準輻射的吸收和散射的修正，RT-100劑量儀為0.99；KM為電離室室壁及平衡帽的材料對校準輻射空氣等效不充分而引起的修正，RT-100劑量儀為0.99；SW，AIR為校準深度水對空氣的平均阻止本領比，6 MV時，水中校準深度為 5 cm，SW，AIR為 1.119；15 MV 時，水中校準深度為 10 cm，SW，AIR為 1.099；PU為擾動修正因子，RT-100 劑量儀為圓柱形電離室，室壁為石墨，6MV時，PU為0.994；15MV時，PU為0.997；PCEL為中心電極的影響，其數值取1。

調整加速器劑量電位器，使：

式中，6 MV時，PDD校為表面野10 cm×10 cm，水下5 cm處的百分深度量；15 MV時，PDD校為表面野10 cm×10 cm，水下10 cm處的百分深度量。

源皮距SSD照射處方劑量可由靶區（腫瘤）劑量DT（單位為cGy）計算出處方劑量Dm，此時，處方劑量是以MU為單位表示的劑量，計算公式為：

式中，Dm為處方劑量；DT為腫瘤劑量；PDD為中心軸百分深度量；SP（FSZ）模體散射因子，FSZ為表面射野大??；OUF（FSZ0）為射野輸出因子，FSZ0為等中心處的射野大小。

FSZ0=FSZ·（SAD/SSD）， 如果射野輸出因子OUF在SAD 測量，同時 SSD=SAD 時，FSZ0=FSZ。SP（FSZ）=[Sc，p/OUF（FSZ0）]，Sc，p=SP（FSZ）·OUF（FSZ0），Sc，p為準直器和模體造成的總散射因子。SSDF=[SCD/（SSD+dM）]2，式中SCD為校準測量時源到電離室有效點的距離，因為測量是在標稱治療距離SSD=100 cm 處進行，所以SSDF=[（100+1.5）/（100+1.5）]2=[（100+3）/（100+3）]2=1。TF為托盤因子，無托盤時取1；WF為楔形因子，無楔形板時取 1。上式變為Dm=DT/（PDD·Sc，p·TF·WF）。

3.2.2 源軸距SAD等中心給角照射處方劑量計算

計算方法為：

式中，TMR（d，FSZd）為組織最大劑量比；OUF為射野輸出因子，因在SAD測量，同 時SSD=SAD，所 以 有Sc，p=SP（FSZ）·OUF（FSZ0）；SADF=（SCD/SAD）2，SCD為在標稱源皮距SSD處刻度時，源到電離室有效點的距離，對于6 MV，SADF=[（100+1.5）/100]2=1.030； 對于 15 MV，SADF=[（100+3）/100]2=1.061。（8）式變為：

3.3 數據的處理

通常測量時，一般都可估計到最小刻度的十分位，故在記載一個數量時只應保留1位不準確的數字，其余數字均為準確數字，記載的這1數字均為有效數字。數字應以10的次方前面的數字代表有效數字。如12 000 m寫為1.2×104m則表示有效數字為2位，寫為1.20×104m則表示有效數字為3位，其余以此類推。記錄測量數值時，只應保留1位不準確的數字。除非另有規定外，可疑數字表示末位上有±1個單位，或下一位有±5個單位的誤差。當有效數字位數確定后，其余數字一律棄去。即末位有效數字后的第一位大于5進1；小于5棄去；等于5時，前一位為奇數則加1，為偶數則棄去。若第一位有效數字大于等于8，則有效數字位數可多計一位。如9.13可作四位計算。加、減計算各數保留小數點后的位數以最少的為準。乘、除計算各數保留小數點后的位數以最少的或百分誤差最大的為準。所得商或積的精確度不應大于精確度最小的因子。如 0.012 1×25.64×1.057 82 中 0.0 121 的百分誤差為 1/121=0.8%、25.64 的百分誤差為 0.04%、1.057 8 的百分誤差為 0.000 09%。應以最大的百分誤差0.8%的數為標準定其他數的有效數字位數。例題中的有效數字取 3 位，0.012 1×25.64×1.057 82=0.0121×25.6×1.06=0.382。對數計算，所取對數位數應與真數的有效數字位數相等。求平均值，大于等于4個數的平均值可增加一位有效數字。所有計算中，常數等需要幾位就取幾位。表示精確度時，在大多數情況下，只取一位有效數字已足，最多取兩位有效數字[2]。

4 討論

對于吸收劑量的測量，目前在現場應用的有電離室法、熱釋光法、半導體法以及膠片法等；在實驗室中應用的有量熱法和化學劑量法等。以上方法各有特點，電離室因具有測量準確、能量響應好、靈敏度高、性能穩定及操作簡單等優點，被國際權威性學術組織和國家技術監督機構確定為用于放射治療吸收劑量校準和日常監測的主要方法。放射治療中，人體組織所接受的電離輻射的吸收劑量，一般是通過組織替代水模體中的吸收劑量進行轉換。因此，對吸收劑量的校準，一般都是在水模體中進行。放療中吸收劑量的測量是臨床輻射劑量學的一項重要內容，須嚴格按照IAEA TRS-277“高能光子和電子束吸收劑量的測定”的內容，對加速器和60Co治療機等設備產生的X（Γ）射線及電子束在水模體中的吸收劑量進行測算。測量前，電離室在水模中至少要放置15 min，以保證溫度平衡。劑量儀預熱后，在無輻射條件下，在最靈敏檔進行零點漂移、開路噪聲及漏電的檢查。要求漏電給測量帶來的誤差小于1%。保持在清潔、防潮、防震環境中，最好把電離室存放在干燥皿中。連接電離室需關閉儀器電源。電纜不可踏踩，接頭必須配套、接牢，否則誤差可達5%～10%。測量時，劑量均勻部分的大小應是電離室截面的2～3倍，否則，應作相應的劑量梯度校正。電離室的室壁薄而脆，勿壓、碰和擅自拆卸，否則，應重新標定。

IAEA TRS-398[3]的推出為醫用電子直線加速器劑量校準提供了新的方法。主要特點是基于吸收劑量校準因子替代基于照射量的校準因子，即將絕對劑量測量由使用空氣中的校正因子改為使用水中的校正因子，具有更多優點而成為醫用電子直線加速器劑量校準的發展趨勢[4]。這使得校正因子更加簡單，而且更加接近用戶現場測量實際情況。應該注意的是，在TRS-398中如果使用指形電離室對60CO γ射線、高能光子束、治療用的質子束的測量中電離室的空腔擾動因子Pdis被用在計算不同射線質的校正因子KQQ0中。而TRS-277認為電離室中心所收集的電離電荷，是源于它前方的某點產生的次級電子，有必要定義電離室的有效測量點Peff，以修正電離室氣腔內電離輻射的注量梯度變化。有效測量點Peff位于電離室中心點P的前方（面向電離輻射入射方向），如以r表示電離室腔內半徑，高能X射線和60Co產生的射線，Peff位于0.6 r處；高能電子束為0.5 r。TRS-398對絕對劑量的測量作了非常詳細的描述，高能光子、高能電子、kV級X射線、質子以及重粒子的測量有明確的測量方法，在使用時更加簡單明了，同時在計算校正因子時考慮更加全面，使得測量劑量時減少了不確定性。目前，TRS-398已在許多發達國家使用，但我國還不能按照IAEA的要求提供相關的校正因子，有條件的地方可使用IAEA TRS-398。

一個腫瘤放療科應至少有2臺電離室型劑量儀，一臺作為參考劑量儀，另一臺作為現場劑量儀。參考劑量儀只用來校對治療科內其他的現場劑量儀。如果醫院不具備有參考劑量儀的條件，建議在購買現場劑量儀時至少買2個電離室，其中一個作為參考電離室，另一個作為測量電離室?，F場劑量儀為日常用的劑量儀，作為校準治療機劑量儀和劑量測量用，這種劑量儀只需要與參考劑量儀進行比對。2種劑量儀均用標準源對其長期穩定性進行檢查，如果沒有標準源，可用60Co機的鈷源代替。穩定性檢查的頻率決定于劑量儀的使用頻率。參考劑量儀應在與次級標準進行比對前或后，或在校對現場劑量儀之前進行穩定性檢查；現場劑量儀應至少每月一次穩定性檢查，至少每年或修理后或穩定性檢查發現變化超過±2%時，應與參考劑量儀進行比對[5]。為保證測量值的準確可靠和量值的統一，所使用的參考劑量儀必須定期與國家一級標準或次級標準進行比對（或稱校準、刻度、檢定，就是把現有劑量儀的電離室與標準劑量儀的電離室放在標準輻射場的同一等效點上，在標準氣溫、氣壓環境中作測量結果的比較），給出60～250 kV X射線及60Co射線的照射量校準因子。在60Co射線校準時，電離室應加上平衡帽。使用儀器前，應按照儀器說明書的要求檢測儀器的穩定性；然后檢測儀器的漏電，零點漂移等，使其對測量值的影響在1%以內。如果不符合要求，要查明原因排除故障。儀器修好后，必須送國家一級標準或次級標準重新校準。全自動三維水箱每年或在作新的數據測量之前對水箱中探頭到位和重復性進行檢查，其允許精度為±1 mm。

醫用加速器也需要一定時間內才能達到穩定輸出，這種起始特性將直接影響授予患者的劑量。國際原子能機構和世界衛生組織在檢測各放療單位放射治療機的劑量時，讓放療單位給出照射時間使校準深度處吸收劑量為2 Gy，所以我認為用校準深度處吸收劑量為2 Gy來計算吸收劑量率更科學、更準確[6]。

[1]IAEA.Absorbed dose determination in photon and electron beams an international code of practice[J].International Atomic Energy Agency，1997，277：136-139.

[2]楊興綱.新概念放療物理[M].杭州：西泠印社出版社，2004：82-83.

[3]IAEA.Absorbed dose determination in external beam radiotherapy:an an international code of practice for dosimetry based on standards of absorbed dose to water[J].International Atomic Energy Agency，2004，398：151-155.

[4]王棟，趙慶軍.基于IAEA TRS-398的醫用電子直線加速器劑量校準方法[J].中國醫學裝備，2009，6（7）：23-24.

[5]胡逸民.腫瘤放射物理學[M].北京：原子能出版社，1999：626-628.

[6]曾自力.鈷-60治療機吸收劑量率的測量[J].中國輻射衛生，2004，15（4）：300-301.

（收稿：2010-04-20）

Quality Assurance and Quality Control for Determination of Exported Dose for High Energy X-Ray on Medical Electron Linear Accelerator

ZENG Zi-li
(Department of Oncology,Liutie Central Hospital,Liuzhou,Guangxi Zhuang Autonomous Region 545007,China)

R318.6

A

1003-8868（2011）02-0104-03

廣西壯族自治區衛生廳課題（Z2010134）

曾自力（1965-），男，四川廣安人，主任，副主任技師，主要從事腫瘤放射物理及精確放療技術方面的研究工作，E-mail：gxzzl@sina.com。