放射治療模擬定位X線機的空氣比釋動能率檢定校準及不確定度分析與計算

李達，李作家，何超健

1 廣州南大康德信檢測技術有限責任公司 (廣東廣州 510000)；2 南方醫科大學南方醫院(廣東廣州 510000)；3 廣州醫科大學附屬第二醫院 (廣東廣州 510000)

X線具有波長短、頻率高的特點，且具有較高的能量與極強的穿透能力，被廣泛應用于醫療診斷中。醫用X線輻射源發射的X線具有較強的輻射性，會帶來脫發、皮膚灼傷、白血病等傷害，故在用其進行醫療診斷時，需精確控制X線的輻射劑量；如果X線的輻射劑量較大，將會灼傷患者皮膚等；如果X線的輻射劑量過小，便會對成像效果造成不利影響。因此，減少因醫用診斷X線輻射源自身誤差對測量結果帶來的影響，不僅可保障醫用X線輻射源的設備安全和數據準確，還可結合其高效精準的數據進行病情診斷，故我國將醫用X線輻射源劃歸為強制檢定的計量器具。本研究借助多功能輻射劑量測試儀，通過測定未經檢定的放射治療X線輻射源的空氣比釋動能率，并對測量結果的不確定度進行計算和量化分析，然后與另一臺經檢定的模擬定位X線機的不確定度進行對比，確定該模擬定位X線能夠滿足檢定系統要求，現報道如下。

1 醫用診斷X線輻射源檢定原理及相關技術指標

1.1 醫用診斷X線輻射源檢定原理

醫用診斷X線在體積確定的電離室內所產生的電離電荷數值與電離室內空氣被照射的程度有關，通過電場將產生的電荷進行聚集，電離電流與輻射輸出的空氣比釋動能率之間存在正比的關系，可通過對電離電流數值進行確定，得到醫用診斷X線的空氣比釋動能率。

1.2 醫用診斷X線輻射源的相關技術指標

醫用診斷X線輻射源的相關技術指標[1]見表1。

表1 醫用診斷X線輻射源的相關技術指標

2 醫用診斷X線輻射源的檢定依據、條件及測量方法

2.1 醫用診斷X線輻射源的檢定依據及條件

根據《中華人民共和國計量法》相關規定，放射治療模擬定位X線機是一種需進行強制周期檢定的計量器具，其檢定標準號為JJG 1028-2007《放射治療模擬定位X線輻射源檢定規程》，檢定環境溫度為10～30 ℃，相對濕度為40%～85% RH[2]；選用Barracuda多功能劑量儀進行檢定，并配備模仿人體的等效模體、氣壓計、支架、檢測板和直尺等相關檢定設備，對1臺未經過檢定的放射治療模擬定位X線機進行檢定[3]。

2.2 醫用診斷X線輻射源測量數學模型的建立

根據測定條件和數據，輻射源的空氣比釋動能率計算采用公式(1)數學模型[4]。

K=MKTPNK

(1)

式中，K表示該臺模擬定位X線機輻射輸出的空氣比釋動能率，單位為mGy/min；M表示該臺Barracuda多功能劑量儀3次測量顯示值的平均值，單位為mGy/min；KTP表示該臺Barracuda多功能劑量儀探測器的氣密度與溫度的修正系數；NK表示該臺Barracuda多功能劑量儀的校準系數。

劑量測試儀探頭的密度和溫度需進行修正，修正系數采用公式(2)進行計算[5]。

(2)

式中，p表示進行檢定時室內的氣壓值，單位為kPa；t表示進行檢定時室內的溫度值，單位為℃。

由于Barracuda多功能劑量儀使用的是半導體探測器，非電離室探測器，故無需對空氣的氣壓和溫度進行修正。因此，對于該劑量儀探測器，氣密度和溫度的修正系數取值為1，代入公式(1)得到空氣比釋動能率計算公式(3)。

K=MNK

(3)

2.3 醫用診斷X線輻射源的測量方法[6]

本研究所用測量方法：將Barracuda多功能劑量儀的探測器擺位在照射野的中心位置，將照射野的數值調整到最大，將X線管的焦點和多功能劑量儀的探測器之間的距離調整為源皮距的最小值，將X線射入的方向作為測量方向；分別將管電壓和管電流數值調整為70 kV和1 mA，連續開展3次輻射源測量，取3次測量值的平均值；結合JJG 1028-2007中的相關要求及技術條件，精確計算出醫用診斷用X線輻射源的空氣比釋動能率。

3 空氣比釋動能率測量不確定度的分析與計算

3.1 空氣比釋動能率的各標準不確定度分析與計算[7]

3.1.1計算空氣比釋動能率M的重復測量形成的不確定度

測量結果的不重復是造成空氣比釋動能率測量值M的不確定度的主要原因。因此，在評定時，需采用A類方法進行連續測量，用Barracuda多功能劑量儀對放射治療模擬定位X線機空氣比釋動能率進行連續、重復的10次測量，得到10次空氣比釋動能率測量數值，見表2。

表2 10次空氣比釋動能率測量數值

空氣比釋動能率測量單次實驗標準差為：

在校準時，對3次重復測量值取平均值為0.096(mGy/min)。

對放射治療模擬定位X線機的空氣比釋動能率M進行重復性測量，計算不確定度；其中，不確定度u1按照公式(4)進行量化計算：

(4)

3.1.2計算Barracuda多功能劑量儀的能量響應帶來改變形成的不確定度u2

Barracuda多功能劑量儀的能量響應帶來改變≤5.0%，其分布呈正態形式，k取值2[4]，因為Barracuda多功能劑量儀的能量響應帶來改變形成的不確定度u2計算公式如(5)所示：

(5)

3.1.3計算Barracuda多功能劑量儀的年穩定性形成的不確定度u3

Barracuda多功能劑量儀的年穩定性≤2.0%，其分布呈均勻形式，由于Barracuda多功能劑量儀的年穩定性形成不確定度u3計算公式如(6)所示：

(6)

3.1.4計算Barracuda多功能劑量儀的校準值NK形成的不確定度u4

根據Barracuda多功能劑量儀的校準證書，使用MPD進行測量時，劑量的相對擴展不確定度為Urel=3.0%，k=2[4]，由于Barracuda多功能劑量儀的校準值NK形成的不確定度u4計算公式如下：

(7)

3.2 空氣比釋動能率的合成標準不確定度計算

放射治療模擬定位X線機的空氣比釋動能率的合成標準不確定度Uc，其計算公式如(8)所示：

≈3.23%

(8)

3.3 輻射源的空氣比釋動能率測定數據的相對擴展不確定度計算

包含系數k取值2[4]，放射治療模擬定位X線機輻射輸出的空氣比釋動能率的相對擴展不確定度Urel計算公式為：

Urel=Uc×2=3.23%×2≈6.5%

(9)

3.4 放射治療模擬定位X線機的空氣比釋動能率的不確定度的表示和評定

本次測量是在X線管電壓為70 kV，管電流為1 mA，焦室距為100 cm，最大照射野等條件下進行的，在包含系數k取值2[4]的情況下，該臺放射治療模擬定位X線機的空氣比釋動能率的相對擴展不確定度為6.5%。

4 放射治療模擬定位X線機測量能力校準與驗證

4.1 放射治療模擬定位X線機測量能力校準

選擇1臺經檢定合格、重復性較好的同型號放射治療模擬定位X線機，使用該Barracuda多功能劑量儀對其進行空氣比釋動能率的測量；在測量條件相同的情況下，進行連續6次空氣比釋動能率測量，得到的測量數值見表4。單次實驗標準差S=0.162 mGy/min；在校準時，對3次重復測量值取平均值為0.094 mGy/min；由空氣比釋動能率M的重復測量形成的不確定度u1為0.74%：將0.74%對表3中的空氣比釋動能率M的重復測量形成的不確定度0.77%進行替代，得到各相對不確定度分量表，見表5。計算合成標準不確定度Uc≈3.23%，校準測量能力Urel用包含值k=2[4]的相對擴展不確定度表示，Uref≈6.4%。

表4 連續6次空氣比釋動能率測量數值

表5 相對不確定度分量表

4.2 放射治療模擬定位X線機測量能力驗證

通過使用Barracuda多功能劑量儀對兩臺放射性治療模擬定位射線機的空氣比釋動能率的不確定度進行測量和計算，未經檢定和經檢定的兩臺設備空氣比釋動能率的相對擴展不確定度之間的差值為0.1%，該差值小于放射治療模擬定位X線機所允許的空氣比釋動能率的最大不確定度規定數值，各項指標能夠滿足檢定規程的規定和要求，該臺放射性治療模擬定位射線機在取得計量報告后，可在醫用診斷工作中使用。

6 結語

放射治療模擬定位X線機作為一種特殊的醫用X線輻射源,在放射治療中能準確定位腫瘤的照射位置、照射面積、腫瘤深度和等中心位置等幾何參數，為放射治療擺位提供有力依據，是確保放射治療正確實施的重要手段，其空氣比釋動能率的準確性至關重要。從事不確定度評定的工作人員在進行醫用診斷X線輻射源檢定時，要認真對待該項工作，在日常中要不斷加強專業知識的學習，從而不斷提升相關專業水平，嚴格按照標準做好醫用診斷X線輻射源的檢定工作，為患者治療及生命提供安全保障。