基于IAEA398號(hào)報(bào)告的絕對(duì)劑量校準(zhǔn)軟件開(kāi)發(fā)

謝朝，鄒煉，鄭霞

四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院?四川省人民醫(yī)院，a.醫(yī)學(xué)物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室；b.腫瘤科；c.急診科，四川 成都 610072

基于IAEA398號(hào)報(bào)告的絕對(duì)劑量校準(zhǔn)軟件開(kāi)發(fā)

謝朝a,b，鄒煉a,b，鄭霞c

四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院?四川省人民醫(yī)院，a.醫(yī)學(xué)物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室；b.腫瘤科；c.急診科，四川 成都 610072

本研究運(yùn)用基于面向?qū)ο驪ython程序開(kāi)發(fā)了基于IAEA398號(hào)報(bào)告的絕對(duì)劑量校準(zhǔn)軟件（ADC），該軟件由光子線修正因子計(jì)算模塊、電子線修正因子計(jì)算模塊、校準(zhǔn)參數(shù)輸入可視化和數(shù)據(jù)輸出模塊構(gòu)成。基于IAEA398號(hào)報(bào)告，該軟件能夠得出加速器不同能量的光子線和電子線絕對(duì)劑量校準(zhǔn)所需的用戶(hù)修正因子，可應(yīng)用于加速器絕對(duì)劑量校準(zhǔn)中。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，運(yùn)用該軟件計(jì)算的用戶(hù)修正因子來(lái)校準(zhǔn)Truebeam加速器不同能量狀態(tài)下的絕對(duì)劑量效果較好，值得臨床推廣。

絕對(duì)劑量；IAEA398號(hào)報(bào)告；用戶(hù)修正因子；加速器

0 前言

絕對(duì)劑量測(cè)量是加速器質(zhì)量控制檢驗(yàn)的重要過(guò)程之一[1-4]，根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WTO）的規(guī)定[5]，對(duì)于X射線和電子線，絕對(duì)劑量校準(zhǔn)誤差不應(yīng)該超過(guò)±2%。目前我國(guó)使用的絕對(duì)劑量測(cè)量規(guī)程參考的是國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）在1997年發(fā)布的第277號(hào)技術(shù)報(bào)告[6]，即基于電離室空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)射線吸收劑量[7]。2000年，IAEA又發(fā)布了第398號(hào)技術(shù)報(bào)告[8]，該報(bào)告更新了劑量校準(zhǔn)方法，即基于電離室水中吸收劑量校準(zhǔn)射線吸收劑量，該方法的優(yōu)勢(shì)在于不用進(jìn)行空氣到水中吸收劑量的轉(zhuǎn)換，并且引入的修正參數(shù)相對(duì)較少，不確定度較小，過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單[9]，但各種參數(shù)的查找和計(jì)算較為復(fù)雜，容易出錯(cuò)。本研究的目的是開(kāi)發(fā)一套能夠快速計(jì)算加速器絕對(duì)劑量校準(zhǔn)所需用戶(hù)修正因子的軟件，以便于加速器絕對(duì)劑量測(cè)量，保證加速器出束劑量的準(zhǔn)確性，同時(shí)便于放射治療物理師學(xué)習(xí)IAEA398號(hào)報(bào)告，詳細(xì)了解劑量校準(zhǔn)流程和所需校準(zhǔn)因子。

1 軟件設(shè)計(jì)過(guò)程

本院加速器驗(yàn)收和日檢、周檢都需對(duì)絕對(duì)劑量進(jìn)行測(cè)量，但手工計(jì)算校準(zhǔn)所需的用戶(hù)修正因子較為復(fù)雜，需查找各種修正因子進(jìn)行計(jì)算，容易出錯(cuò)。鑒于此，本研究開(kāi)發(fā)了一種基于IAEA398號(hào)報(bào)告的絕對(duì)劑量校準(zhǔn)軟件AbsoluteDoseCalibration（ADC），該軟件采用面向?qū)ο缶幊谭椒ǎ瑧?yīng)用Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)[10]，主要由光子線修正因子計(jì)算模塊、電子線修正因子計(jì)算模塊、校準(zhǔn)參數(shù)的可視化輸入界面和數(shù)據(jù)輸出和程序封裝模塊構(gòu)成。

1.1 光子線修正因子計(jì)算模塊

對(duì)于高能光子線，IAEA398號(hào)報(bào)告給出了參考深度處水中吸收劑量的計(jì)算公式，如下所示：

其中，Dw,Q為射線質(zhì)Q在參考深度處的水中吸收劑量；MQ是在參考深度劑量計(jì)經(jīng)溫度、氣壓、靜電計(jì)、極化效應(yīng)、離子復(fù)合效應(yīng)等修正后的讀數(shù)，其計(jì)算公式如下：

其中，Mun和M0分別是電離室遭輻射和未遭輻射時(shí)的讀數(shù)，Ktp是溫度、氣壓修正因子，Kelec為是靜電計(jì)修正因子，Kpol是極化修正因子，Ks是離子復(fù)合修正因子（本軟件根據(jù)IAEA398號(hào)報(bào)告給出的不同公式編寫(xiě)了4個(gè)K因子的不同函數(shù)）。式(1)中，ND,w,Q0是電離室在參考射線質(zhì)Q0下水中吸收劑量的校準(zhǔn)系數(shù)，該系數(shù)由次級(jí)及以上的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量得到。KQ,Q0指是電離室特殊因子，用于校準(zhǔn)電離室對(duì)參考射線質(zhì)Q0和實(shí)際射線質(zhì)Q的響應(yīng)差異。

對(duì)于高能光子線，當(dāng)選用不同圓柱形電離室做絕對(duì)劑量測(cè)量時(shí)，KQ,Q0值可通過(guò)IAEA398號(hào)報(bào)告中的表14查得，本軟件將表14中的數(shù)據(jù)建立成庫(kù)文件，用戶(hù)只需在本軟件中輸入光子線在參考條件下10 cm和20 cm處的百分深度劑量（Percentage Depth Dose，PDD），便能求出KQ,Q0。

對(duì)于光子線，本軟件定義的用戶(hù)修正因子（UF）計(jì)算公式如下：

式(3)中，PDD指的是用戶(hù)測(cè)量吸收劑量深度處射線的百分深度劑量，該參數(shù)的引入可使所測(cè)得的加速器的吸收劑量就是最大劑量深度處的劑量。

1.2 電子線修正因子計(jì)算模塊

對(duì)于高能電子線，參考深度處水中吸收劑量的計(jì)算公式與光子線相同，如式(1)所示。當(dāng)選用不同圓柱形電離室做絕對(duì)劑量測(cè)量時(shí)，KQ,Q0值可通過(guò)IAEA398號(hào)報(bào)告中的表18查得，本軟件將表18中的數(shù)據(jù)建立成庫(kù)文件，用戶(hù)只需在本軟件中輸入電子線R50，便能求出KQ,Q0（R50指的是在參考條件下水中電子線電離深度或劑量深度曲線上50%處對(duì)應(yīng)的深度）。當(dāng)選用不同測(cè)量模體時(shí)，需對(duì)模體進(jìn)行等效水修正，一方面需要修正參考深度，加入深度縮放因子Cpl；另一方面電離室讀數(shù)需加入hpl，將模體讀數(shù)轉(zhuǎn)換為水中讀數(shù)，因此對(duì)于高能電子線，其用戶(hù)修正因子計(jì)算公式如下：

1.3 校準(zhǔn)參數(shù)的可視化輸入界面

本軟件主要包括5個(gè)界面，即醫(yī)院信息界面、電離室選擇界面、實(shí)際測(cè)量條件界面、K因子界面和用戶(hù)修正因子界面。這5個(gè)界面相輔相成，用戶(hù)只需按順序填入相應(yīng)的參數(shù)，就能得出用戶(hù)修正因子。

1.4 數(shù)據(jù)輸出和程序封裝模塊

本軟件數(shù)據(jù)輸出模塊輸出的文件類(lèi)型為.doc，該Word文檔包含醫(yī)院信息、電離室選擇信息、實(shí)際測(cè)量條件信息，K因子信息和用戶(hù)修正因子信息，其中用戶(hù)修正因子用紅色字體標(biāo)識(shí)。

編譯好的程序最終由py2exe程序封裝，成為可在Windows平臺(tái)上獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行程序（ADC.exe），即本軟件能在未安裝python程序的Windows系統(tǒng)上順利運(yùn)行，可移植性高。

2 軟件應(yīng)用及結(jié)果分析

2.1 軟件運(yùn)行情況測(cè)試

在本軟件中分別填入光子線和電子線在不同能量狀態(tài)下的各種參數(shù)，本軟件即可根據(jù)光子線的參數(shù)包括測(cè)量位置的百分深度劑量、K因子、10 cm和20 cm深度的百分深度劑量、電離室等得出相應(yīng)的用戶(hù)修正因子，可根據(jù)電子線的參數(shù)包括電離室的外電極的內(nèi)半徑、R50、測(cè)量模體、測(cè)量深度、等效深度的百分深度劑量、K因子、電離室等得出相應(yīng)的用戶(hù)修正因子。

筆者基于本軟件測(cè)量了本院西門(mén)子加速器的出束劑量。結(jié)果表明，基于本軟件與IAEA277號(hào)報(bào)告得出的劑量值偏差小于1%，說(shuō)明該軟件的測(cè)量準(zhǔn)確性高，具體結(jié)果見(jiàn)表1。IAEA 398號(hào)報(bào)告給出的測(cè)量光子束和電子束吸收劑量時(shí)的不確定度分別為1.5%和1.6%，而IAEA 277號(hào)報(bào)告給出的測(cè)量光子束和電子束吸收劑量時(shí)的不確定度為3%～4%，再結(jié)合修正因子的不確定度，認(rèn)為基于IAEA277號(hào)報(bào)告得出的劑量值與基于IAEA398號(hào)報(bào)告得出的劑量值是一致的。

表1 基于軟件與IAEA 277絕對(duì)劑量比較

2.2 軟件臨床應(yīng)用

首先，通過(guò)ADC軟件得出本院TrueBeam加速器各能量光子線和電子線的用戶(hù)修正因子；其次，使用劑量測(cè)量?jī)x器IBA Dose1、電離室FC65-G、Blue Phantom2和水模體，分別測(cè)量本院TrueBeam加速器能量分別為6、8、10 MV的光子線和能量分別為12、15、18 MeV的電子線在測(cè)量條件下的吸收劑量，并校準(zhǔn)該加速器的各能量出束劑量；最后，確保該加速器的出束射線在參考條件下最大劑量深度處的劑量偏差不超過(guò)±2%。TrueBeam加速器劑量校準(zhǔn)結(jié)果，見(jiàn)表2。運(yùn)用該軟件計(jì)算的用戶(hù)修正因子來(lái)校準(zhǔn)Truebeam加速器不同能量狀態(tài)下的絕對(duì)劑量效果較好，可應(yīng)用于臨床。

表2 TrueBeam加速器劑量校準(zhǔn)結(jié)果

3 結(jié)論

本研究運(yùn)用基于面向?qū)ο驪ython程序開(kāi)發(fā)了基于IAEA398號(hào)報(bào)告的絕對(duì)劑量校準(zhǔn)軟件Absolute Dose Calibration（ADC），該軟件能在Windows平臺(tái)下順利運(yùn)行，方便好用。針對(duì)臨床上對(duì)醫(yī)用加速器光子線選用不同電離室進(jìn)行絕對(duì)劑量校準(zhǔn)，以及對(duì)電子線選用不同的測(cè)量模體和電離室進(jìn)行絕對(duì)劑量校準(zhǔn)的情況，該軟件都能快速計(jì)算出相應(yīng)的用戶(hù)修正因子，從而減少放射治療物理師手工計(jì)算的出錯(cuò)率，提高絕對(duì)劑量校準(zhǔn)效率，并方便初學(xué)者學(xué)習(xí)IAEA398號(hào)報(bào)告。不過(guò)，雖然該軟件功能強(qiáng)大，但臨床上還需要對(duì)軟件的輸出結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)檢查，以確保臨床安全。

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Development of a Software for Absolute Dose Calibration Based on IAEA 398

XIE Zhaoa,b, ZOU Liana,b, ZHENG Xiac
a. Joint Laboratory for Medical Physics; b. Department of Oncology; c. Department of Emergency, Sichuan Academy of Medical Sciences & Sichuan Provincial People’s Hospital, Chengdu Sichuan 610072, China

This research developed the software Absolute Dose Calibration (ADC) based on the report of IAEA 398 with the application of The Python program.ADC is composed of calculation of the photon correction factor, calculation of the electron correction factor, as well as input data visualization and data output. Based on the report of IAEA 398, the software can quickly calculate the user correction factors, which were used to precisely measure the absorbed dose and to calibrate beam dose. The results of the ADC was used to calibrate absolute dose of the truebeam accelerator for different energy rays, if choosing different phantoms and ionization chambers, ADC should be able to calculate user correction factors for different energy rays. It can be applied to calibrate absolute dose on the accelerator and is worthy of clinical promotion.

absolute dose; IAEA398; user correction factor; accelerator

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.01.009

1674-1633(2016)01-0039-03

2015-09-01

四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院?四川省人民醫(yī)院2014年院苗圃科研課題（No.2014007）。

本文作者：謝朝，工程師。

作者郵箱：xz0242024028@126.com