溫度、氣壓與劑量儀設置值不一致時校準醫用直線加速器的方法

羅斌，李賢富，曹璐，郭飛，謝力，陽華東，周進偉

川北醫學院附屬醫院 腫瘤科（醫學影像四川省重點實驗室，四川省腫瘤學重點學科），四川 南充 637000

引言

醫用直線加速器是腫瘤放射治療中使用的重要設備，為保證較高的醫療器械精度及更深層次的學科研究，需要定期檢測和分析加速器的各項性能指標[1]。尤其對于加速器輸出劑量的測量與校準是加速器質量控制和質量保證的一項基本內容，需要每周進行[2]。同時，為了保證加速器輸出劑量測量的準確性，也需要定期對測量輻射劑量的劑量儀進行校準和比對。由于劑量儀校準時的溫度（T）、氣壓（P）條件不同，會對校準結果產生影響。因此，本文在對本院腫瘤科ELEKTA-Synergy型加速器進行輸出劑量校準時，分別采用IBA公司生產的DOSE 1和PYCHLAU公司生產的PTW-UNIDOSE劑量儀進行測量，比較不同T、P標準條件下校準的兩種劑量儀在測量輻射劑量時的劑量差別，并分析其原因及對策。這樣才能確保患者得到精確的處方劑量，減少由校準條件T、P不同所帶來的測量誤差，為“精準放療”打下堅實的基礎[3-4]。

1 材料與方法

1.1 理論基礎

對于醫用直線加速器輸出劑量的測量與校準，從ICRU的14號、21號報告所推薦的Cλ和CE法到IAEA的277號報告，其精準度越來越高[5-6]。按照高能電離輻射吸收劑量校準的IAEA法所述，在測量的水模體中，其參考點的吸收劑量Dw和多種修正校準因子相關，可表述為：

式中，Mu是經過溫度和氣壓校正后的劑量儀儀表讀數；ND為電離室空氣吸收劑量校準因子；（Sw/Sa）u為水與空氣阻止本領比；Pu是擾動因子；Pcel是電離室中心收集極空氣等效不完全校準因子。（Sw/Sa）u、Pu和Pcel均為無量綱數值，ND又可表述為[7]：

式中，Nx為照射量校準因子；W/e為空氣平均電離能，33.97 J/C；Katt為電離室材料對射線吸收、散射校正因子；Km為電離室材料空氣不完全等效校準因子。Katt及Km為無量綱數值。

上述兩式中參數除Mu外均可通過查表計算求得，而Mu又與溫度氣壓校正系數KT,P成正比關系[8]，KT,P可表述為：

式中，P0為電離室在國家標準實驗室校準時的標準氣壓；T0為電離室在國家標準實驗室校準時標準溫度；P為測量現場大氣壓；T為測量現場電離室空腔氣體溫度。劑量儀默認值T0=20℃、P0=101.325 kPa。

所以，當使用標準實驗室條件（T0=20℃、P0=101.325 kPa）進行校準后，就可以直接在儀器的溫度、氣壓調整界面輸入測量現場的溫度和氣壓以求得KT,P。當使用非標準實驗室條件（T0≠20℃、P0≠101.325 kPa）進行校準，而劑量儀默認值T0=20℃、P0=101.325 kPa時，就不能直接輸入測量現場的溫度和氣壓計算KT,P，而需要利用以下公式手工計算KT,P，與測量值Dw0相乘求得劑量Dw1，所用公式可表述為[9]：

式中，P1為電離室在國家實驗室校準時的氣壓，非101.325 kPa；T1為電離室在國家實驗室校準時溫度，非20℃；Dw0為不輸入現場測量溫度、氣壓所得監測劑量；Dw1為未進行溫度氣壓校正的測量值乘以KT,P所得監測劑量。

實驗時，我們首先在兩款劑量儀的參數調整界面直接輸入測量現場的溫度、氣壓，由儀器自身所得KT,P進行后續測量。然后對非標準實驗室條件下校準的劑量儀不輸入現場條件，直接測量后再按照式(4)和式(5)式進行校準。此外，我們亦可參照劑量儀說明書的要求將儀器送回原廠，將劑量儀內置參數T0、P0設置為T1、P1，但這樣比較費時耗力，一般不予推薦。

1.2 實驗設備及測量儀器

對ELEKTA公司生產的Synergy型加速器進行輸出劑量校準，分別采用了IBA公司的DOSE 1和PYCHLAU公司的PTW-UNIDOSE劑量監測儀。兩款儀器分別在不同的T、P條件下校準，主要參數詳見表1。

表1 劑量監測儀參數對比

1.3 測量條件及參數設置

按照加速器標定6 MV能量標準校準條件，首先將注好水的30 cm×30 cm×30 cm測量水箱置于Synergy型加速器治療床上，根據激光燈和光距尺的指示進行擺位，使水箱底部的十字線與射野燈的十字線重合。擺位完畢后調節SSD至100 cm，射野大小（FSZ）為10 cm×10 cm，將farmer指型電離室插入水箱測量孔中，其延長線與測量儀相連并固定好，記錄水箱水溫度T（達到溫度平衡后水箱中電離室空腔空氣溫度和水溫一致）和現場氣壓P[9]。接通電源打開測量儀，輸入校準因子等參數，預熱完畢，測量本底，然后開機出束測量[10-11]。測量時加速器預設100 MU，根據不同測量方法決定是否輸入溫度、氣壓，具體操作參見圖1和圖2。

圖1 DOSE 1參數調整界面

圖2 PTW參數調整界面

2 測量結果

2.1 直接測量數據

本次實驗在加速器機房實測所得水箱水溫度和現場氣壓分別為：T=20℃，P=97.54 kPa。在兩款儀器的參數調整界面直接輸入測量現場的溫度和氣壓，不同的T、P校準條件下，測量3次所得Dw，詳見下表2。

表2 X射線輸出劑量Dw

2.2 PTW劑量儀手工計算溫度氣壓校正系數所得測量數據

如表1，PTW劑量儀在非標準實驗室條件下校準。將校準現場的T、P數值（T=20℃、P=97.54 kPa） 帶入上式(4)中，其中T1=20.5℃、P1=102.5 kPa，可知KT,P=1.049。在PTW的參數調整界面不輸入現場條件，用未進行溫度氣壓校正的測量值Dw0乘以KT,P，即按(5)式計算所得監測劑量數據Dw1，詳見下表3。

表3 X射線輸出劑量Dw1

3 討論

對以上表格中的數據進行分析可知，在醫用直線加速器輸出劑量的測量和校準中，溫度氣壓修正因子KT,P所帶來的影響不可忽略[12-14]。當直接輸入測量現場的溫度和氣壓時，DOSE 1和PTW的測量結果相差較大，達到了1.31%；當PTW不輸入現場條件，測量完再進行后期校正時，DOSE 1和PTW的測量結果趨于一致，兩者偏差為0.20%。

由于兩者均在相同的實驗條件下進行測量，排除了外部條件的干擾。仔細查看兩臺劑量儀的校準證書：DOSE 1校準時給出照射量校準因子的參考溫度為20℃，參考氣壓為101.325 kPa；PTW校準時給出比釋動能校準因子的參考溫度為20.5℃，參考氣壓為102.5 kPa，故二者的電離室空氣密度并不相同。當電離室空氣密度相對于校準條件有變化時，須乘以溫度氣壓校正系數進行糾正[15]。若現場溫度高于校準溫度，則測量值相對于校準條件下的空氣密度值偏低，須乘以系數T/20.5；若現場氣壓高于校準氣壓，則測量值相對于校準條件下的空氣密度值偏高，須乘以系數102.5/P。所以，當PTW直接輸入T、P即按照式(2)所得KT,P為1.039，較上式(4)所得結果1.049相差約1%，與測量結果相符；而修正后的差異僅為0.20%，這種差異是由于校準時的不確定度、劑量儀本身測量微小波動等原因所引起。

總之，劑量儀刻度加速器是放射治療劑量準確傳遞的重要環節，若此環節偏差，將導致后續治療的病員所受劑量不準確[16]，產生諸如局部腫瘤復發、失控甚至傷殘等其他非常嚴重的后果[17]。當校準溫度、氣壓與劑量儀內置條件T0=20℃、P0=101.325 kPa不一致時，須按照上式(4)和(5)進行校準，切勿直接輸入現場測量條件進行計算。另外，對于校準證書上給出的一些其他信息，例如比釋動能校準因子、照射量校準因子、測量量程等也要引起注意并在以后的測量中做到一一對應[18]。這些對于提升醫用直線加速器質量控制和質量保證的水平都具有極其重要的臨床意義。