医用电子直线加速器高能X射线输出剂量测量的质量控制

曾自力

医用电子直线加速器高能X射线输出剂量测量的质量控制

曾自力

目的：分析医用电子直线加速器高能X射线输出剂量测量的质量控制的主要内容及测算方法，提高临床治疗的稳定性及治疗实施的准确性和精度。方法：介绍国际原子能机构第277号技术报告，医用电子直线加速器高能X射线在水模体中吸收剂量的公式及检测方法，剂量监测仪读数的刻度，源皮距SSD照射、源轴距SAD等中心给角照射处方剂量计算，数据的处理。结果：得出了医用电子直线加速器高能X射线输出剂量测量质量保证和质量控制的主要内容及检测方法。结论：作为加速器高能X射线输出剂量测量质量保证和质量控制的主要内容及检测方法，对各级放射治疗单位加速器高能X射线输出剂量测量质量保证体系的建立具有现实指导作用。

输出剂量；质量保证；质量控制；国际原子能机构；第277号技术报告

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

放射治疗是指利用X、γ射线或其他电离辐射的放射性，使细胞及组织遭到破坏而达到治疗目的的方法。电离辐射进入人体组织后，会发生一系列物理、化学以及生物学的变化，最后导致组织的生物学损伤，即生物效应，该效应的大小正比于组织中吸收电离辐射的能量。这种治疗方法对幼稚和生长旺盛的肿瘤细胞作用很大，但放射性在破坏和杀死肿瘤细胞的同时，对周围正常组织细胞也有破坏作用。确切地了解组织中吸收的电离辐射能量对评估放射治疗的疗效和副作用极其重要。治疗设备输出剂量的精确测定是进行放射治疗最基本的物理学要素，稍有疏忽就可能会造成较大的剂量误差，直接影响到靶区剂量的准确性，从而影响放疗质量。因此，放疗剂量测量中的质量控制是对肿瘤患者进行精确治疗不可缺少的重要环节。现就Varian clinac23EX医用直线加速器高能X射线输出剂量测量与校准的质量控制相关内容按有关规定实施，并结合本单位的具体条件进行探讨。

2 一般资料

2.1 被测机器

Varian clinac23EX医用直线加速器，带有左右各40片等中心处宽1 cm的叶片组合构成的多叶准直器，X射线能量为15 MV和6 MV，X射线剂量率为100～600 cGy/min；电子线能量分别为 6、9、12、15、18、22 MeV，电子线剂量率为 100～1 000 cGy/min。源轴距100 cm，等中心处最大射野为40 cm×40 cm。

2.2 测量条件

测量时，环境温度为15～35℃，大气压强为 80～110 kPa，相对湿度为30%～75%；测量环境的辐射为本底，外来电磁场和机械震动等均不应引起剂量计值的显著偏差和不稳。全自动三维扫描水箱，中国测试技术研究院生产的9606B型电离室剂量仪，剂量仪的电离室性能应符合有关规定的要求，经计量检定机构检定合格。检测时，所用模体为标准水模体，容积为30 cm×30 cm×30 cm。其他剂量器具：温度计、气压计的测量范围为 0～50 ℃，80～110 kPa；温度计、气压计、测距尺的最小分度值分别为0.5℃、0.1 kPa和1 mm。

3 方法与结果

3.1 IAEA TRS-277

根据国际原子能机构（IAEA）1997年发表的第277号技术报告[1]，137Cs、60Co产生的射线和医用加速器产生的高能 X射线以及高能电子束在水模体中吸收剂量测定分2步：首先，电离室空腔中空气吸收剂量因子Nd的确定公式为：

作者单位：545007 广西柳州 柳州市柳铁中心医院肿瘤科（曾自力）

式中，Nk为电离室剂量计空气比释动能校准因子；g为X辐射产生的次级电子消耗于轫致辐射的能量占其初始能量总和的份额；Katt为仪器校准时，电离室室壁及平衡帽对校准辐射的吸收和散射的校准因子；KM为仪器校准时，电离室室壁及平衡帽的材料对校准辐射空气等效不充分而引起的修正。

其次，在未受扰动的水模体中，电离室测量有效点Peff深度处吸收剂量Dw（Peff）的确定公式为：

式中，M为经温度、气压修正后的仪器读数；SW，AIR校准深度水对空气的平均阻本领比；PU扰动修正因子；PCEL中心电极影响，其数值取1。

在我国现行量值传递体系中，给出的是照射量校准因子Nx，其与Nk的关系是：

式中，W/e在空气中形成每对离子（其电荷为1个电子的电荷）所消耗的平均能量，W/e质为33.97 J/C。由此得出：

电离室中心所收集的电离电荷是源于它前方的某点产生的次级电子，有必要定义电离室的有效测量点Peff，以修正电离室气腔内电离辐射的注量梯度变化。有效测量点Peff位于电离室中心点P的前方（面向电离辐射入射方向），如以r表示电离室腔内半径，高能X射线和60Co产生的射线，Peff位于0.6r处，其中高能电子束为0.5r。

3.2 医用电子直线加速器剂量监测仪读数的刻度及处方剂量计算

3.2.1 剂量监测仪读数的刻度

对于加速器上的剂量仪，一般使参考射野在标称源皮距SSD或源轴距SAD处，标定成1 cGy=MU，MU为加速器剂量仪的监测跳数。在标称治疗距离SSD=100 cm，水模表面光野为10 cm×10 cm，电离室的轴与射线轴垂直。中心轴上水中校准深度处，6 MV X线电离室有效测量点位于水下5 cm处，15 MV X线电离室有效测量点位于水下10 cm处。测量前，电离室在水模中至少要放置15 min，以保证温度平衡。测量水模体内温度T=25.8℃，环境大气压P=100.9 kPa，输入剂量仪。开机出射线，从剂量仪表上读取3～5个读数，并得出仪表平均读数M。中心轴上校准点处的水的吸收剂量D（m）（Peff）（Gy）的计算为：

式中，M为经过空气密度、湿度、离子复合修正后的剂量仪的平均读数，单位为Q/kg；Nx为电离室照射量校正因子，RT-100剂量仪为0.964；W/e为在空气中形成每对离子（其电荷为1个电子的电荷）所消耗的平均能量值取33.97 J/C；Katt为校准电离室时，电离室室壁及平衡帽对校准辐射的吸收和散射的修正，RT-100剂量仪为0.99；KM为电离室室壁及平衡帽的材料对校准辐射空气等效不充分而引起的修正，RT-100剂量仪为0.99；SW，AIR为校准深度水对空气的平均阻止本领比，6 MV时，水中校准深度为 5 cm，SW，AIR为 1.119；15 MV 时，水中校准深度为 10 cm，SW，AIR为 1.099；PU为扰动修正因子，RT-100 剂量仪为圆柱形电离室，室壁为石墨，6MV时，PU为0.994；15MV时，PU为0.997；PCEL为中心电极的影响，其数值取1。

调整加速器剂量电位器，使：

式中，6 MV时，PDD校为表面野10 cm×10 cm，水下5 cm处的百分深度量；15 MV时，PDD校为表面野10 cm×10 cm，水下10 cm处的百分深度量。

源皮距SSD照射处方剂量可由靶区（肿瘤）剂量DT（单位为cGy）计算出处方剂量Dm，此时，处方剂量是以MU为单位表示的剂量，计算公式为：

式中，Dm为处方剂量；DT为肿瘤剂量；PDD为中心轴百分深度量；SP（FSZ）模体散射因子，FSZ为表面射野大小；OUF（FSZ0）为射野输出因子，FSZ0为等中心处的射野大小。

FSZ0=FSZ·（SAD/SSD）， 如果射野输出因子OUF在SAD 测量，同时 SSD=SAD 时，FSZ0=FSZ。SP（FSZ）=[Sc，p/OUF（FSZ0）]，Sc，p=SP（FSZ）·OUF（FSZ0），Sc，p为准直器和模体造成的总散射因子。SSDF=[SCD/（SSD+dM）]2，式中SCD为校准测量时源到电离室有效点的距离，因为测量是在标称治疗距离SSD=100 cm 处进行，所以SSDF=[（100+1.5）/（100+1.5）]2=[（100+3）/（100+3）]2=1。TF为托盘因子，无托盘时取1；WF为楔形因子，无楔形板时取 1。上式变为Dm=DT/（PDD·Sc，p·TF·WF）。

3.2.2 源轴距SAD等中心给角照射处方剂量计算

计算方法为：

式中，TMR（d，FSZd）为组织最大剂量比；OUF为射野输出因子，因在SAD测量，同 时SSD=SAD，所 以 有Sc，p=SP（FSZ）·OUF（FSZ0）；SADF=（SCD/SAD）2，SCD为在标称源皮距SSD处刻度时，源到电离室有效点的距离，对于6 MV，SADF=[（100+1.5）/100]2=1.030； 对于 15 MV，SADF=[（100+3）/100]2=1.061。（8）式变为：

3.3 数据的处理

通常测量时，一般都可估计到最小刻度的十分位，故在记载一个数量时只应保留1位不准确的数字，其余数字均为准确数字，记载的这1数字均为有效数字。数字应以10的次方前面的数字代表有效数字。如12 000 m写为1.2×104m则表示有效数字为2位，写为1.20×104m则表示有效数字为3位，其余以此类推。记录测量数值时，只应保留1位不准确的数字。除非另有规定外，可疑数字表示末位上有±1个单位，或下一位有±5个单位的误差。当有效数字位数确定后，其余数字一律弃去。即末位有效数字后的第一位大于5进1；小于5弃去；等于5时，前一位为奇数则加1，为偶数则弃去。若第一位有效数字大于等于8，则有效数字位数可多计一位。如9.13可作四位计算。加、减计算各数保留小数点后的位数以最少的为准。乘、除计算各数保留小数点后的位数以最少的或百分误差最大的为准。所得商或积的精确度不应大于精确度最小的因子。如 0.012 1×25.64×1.057 82 中 0.0 121 的百分误差为 1/121=0.8%、25.64 的百分误差为 0.04%、1.057 8 的百分误差为 0.000 09%。应以最大的百分误差0.8%的数为标准定其他数的有效数字位数。例题中的有效数字取 3 位，0.012 1×25.64×1.057 82=0.0121×25.6×1.06=0.382。对数计算，所取对数位数应与真数的有效数字位数相等。求平均值，大于等于4个数的平均值可增加一位有效数字。所有计算中，常数等需要几位就取几位。表示精确度时，在大多数情况下，只取一位有效数字已足，最多取两位有效数字[2]。

4 讨论

对于吸收剂量的测量，目前在现场应用的有电离室法、热释光法、半导体法以及胶片法等；在实验室中应用的有量热法和化学剂量法等。以上方法各有特点，电离室因具有测量准确、能量响应好、灵敏度高、性能稳定及操作简单等优点，被国际权威性学术组织和国家技术监督机构确定为用于放射治疗吸收剂量校准和日常监测的主要方法。放射治疗中，人体组织所接受的电离辐射的吸收剂量，一般是通过组织替代水模体中的吸收剂量进行转换。因此，对吸收剂量的校准，一般都是在水模体中进行。放疗中吸收剂量的测量是临床辐射剂量学的一项重要内容，须严格按照IAEA TRS-277“高能光子和电子束吸收剂量的测定”的内容，对加速器和60Co治疗机等设备产生的X（Γ）射线及电子束在水模体中的吸收剂量进行测算。测量前，电离室在水模中至少要放置15 min，以保证温度平衡。剂量仪预热后，在无辐射条件下，在最灵敏档进行零点漂移、开路噪声及漏电的检查。要求漏电给测量带来的误差小于1%。保持在清洁、防潮、防震环境中，最好把电离室存放在干燥皿中。连接电离室需关闭仪器电源。电缆不可踏踩，接头必须配套、接牢，否则误差可达5%～10%。测量时，剂量均匀部分的大小应是电离室截面的2～3倍，否则，应作相应的剂量梯度校正。电离室的室壁薄而脆，勿压、碰和擅自拆卸，否则，应重新标定。

IAEA TRS-398[3]的推出为医用电子直线加速器剂量校准提供了新的方法。主要特点是基于吸收剂量校准因子替代基于照射量的校准因子，即将绝对剂量测量由使用空气中的校正因子改为使用水中的校正因子，具有更多优点而成为医用电子直线加速器剂量校准的发展趋势[4]。这使得校正因子更加简单，而且更加接近用户现场测量实际情况。应该注意的是，在TRS-398中如果使用指形电离室对60CO γ射线、高能光子束、治疗用的质子束的测量中电离室的空腔扰动因子Pdis被用在计算不同射线质的校正因子KQQ0中。而TRS-277认为电离室中心所收集的电离电荷，是源于它前方的某点产生的次级电子，有必要定义电离室的有效测量点Peff，以修正电离室气腔内电离辐射的注量梯度变化。有效测量点Peff位于电离室中心点P的前方（面向电离辐射入射方向），如以r表示电离室腔内半径，高能X射线和60Co产生的射线，Peff位于0.6 r处；高能电子束为0.5 r。TRS-398对绝对剂量的测量作了非常详细的描述，高能光子、高能电子、kV级X射线、质子以及重粒子的测量有明确的测量方法，在使用时更加简单明了，同时在计算校正因子时考虑更加全面，使得测量剂量时减少了不确定性。目前，TRS-398已在许多发达国家使用，但我国还不能按照IAEA的要求提供相关的校正因子，有条件的地方可使用IAEA TRS-398。

一个肿瘤放疗科应至少有2台电离室型剂量仪，一台作为参考剂量仪，另一台作为现场剂量仪。参考剂量仪只用来校对治疗科内其他的现场剂量仪。如果医院不具备有参考剂量仪的条件，建议在购买现场剂量仪时至少买2个电离室，其中一个作为参考电离室，另一个作为测量电离室。现场剂量仪为日常用的剂量仪，作为校准治疗机剂量仪和剂量测量用，这种剂量仪只需要与参考剂量仪进行比对。2种剂量仪均用标准源对其长期稳定性进行检查，如果没有标准源，可用60Co机的钴源代替。稳定性检查的频率决定于剂量仪的使用频率。参考剂量仪应在与次级标准进行比对前或后，或在校对现场剂量仪之前进行稳定性检查；现场剂量仪应至少每月一次稳定性检查，至少每年或修理后或稳定性检查发现变化超过±2%时，应与参考剂量仪进行比对[5]。为保证测量值的准确可靠和量值的统一，所使用的参考剂量仪必须定期与国家一级标准或次级标准进行比对（或称校准、刻度、检定，就是把现有剂量仪的电离室与标准剂量仪的电离室放在标准辐射场的同一等效点上，在标准气温、气压环境中作测量结果的比较），给出60～250 kV X射线及60Co射线的照射量校准因子。在60Co射线校准时，电离室应加上平衡帽。使用仪器前，应按照仪器说明书的要求检测仪器的稳定性；然后检测仪器的漏电，零点漂移等，使其对测量值的影响在1%以内。如果不符合要求，要查明原因排除故障。仪器修好后，必须送国家一级标准或次级标准重新校准。全自动三维水箱每年或在作新的数据测量之前对水箱中探头到位和重复性进行检查，其允许精度为±1 mm。

医用加速器也需要一定时间内才能达到稳定输出，这种起始特性将直接影响授予患者的剂量。国际原子能机构和世界卫生组织在检测各放疗单位放射治疗机的剂量时，让放疗单位给出照射时间使校准深度处吸收剂量为2 Gy，所以我认为用校准深度处吸收剂量为2 Gy来计算吸收剂量率更科学、更准确[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]杨兴纲.新概念放疗物理[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]王栋，赵庆军.基于IAEA TRS-398的医用电子直线加速器剂量校准方法[J].中国医学装备，2009，6（7）：23-24.

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

[6]曾自力.钴-60治疗机吸收剂量率的测量[J].中国辐射卫生，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

广西壮族自治区卫生厅课题（Z2010134）

曾自力（1965-），男，四川广安人，主任，副主任技师，主要从事肿瘤放射物理及精确放疗技术方面的研究工作，E-mail：gxzzl@sina.com。