浅析医用加速器辐射剂量测量仪的现状及发展

杨旭，王剑刚，贺新颖，马爽，韩薇

吉林大学 生物医学工程系，吉林长春 130062

0 前言

随着国内肿瘤发病率上升，越来越多的医院面临着肿瘤治疗的问题。医用直线加速器是肿瘤放射治疗的必备仪器，在应用加速器的同时，加速器的辐射剂量问题也是日益突出。因此，预防辐射对人体的伤害和对环境的污染等问题受到广泛关注。辐射剂量测量仪以测量吸收剂量为主，辅以加速器其他方面的监测工作，进而控制了放射治疗过程中诸项问题的产生。目前，国内加速器辐射剂量测量仪的研制采用了多种探测方法，主要有3种类型，见图1。常用的辐射测量探测元件有电离室探测器，G-M计数探测器，半导体探测器和热释光探测器[1-2]，本文对4种探测元件从工作原理、功能特性、优缺点、现状与发展等方面进行分析比较。

1 辐射剂量测量仪的基础理论

1.1 辐射剂量测量仪基本原理对比（表1）

1.2 辐射剂量测量仪优缺点对比（表2）

1.3 辐射剂量测量仪影响因子对比（表3）

图1 辐射剂量测量仪的种类

表1 各种辐射剂量测量仪基本原理对比

表2 各种辐射剂量测量仪优缺点对比

表3 各种辐射剂量测量仪影响因子对比

2 国内、外辐射剂量测量仪的现状与发展

2.1 电离室探测器的现状与发展

电离室探测器广泛地应用于辐射加工、放射治疗、个人防护和环境监测等领域的剂量测量，特别是在放射治疗中，准确的剂量测量是放射治疗质量保证的重要手段。2000年杨震，崔宏建[3]介绍了仿FARMER电离室剂量仪的构造原理及使用中应注意的事项。2003年陈靖等[4]研制出一种由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面软件组成的新型电离室剂量计，实现了使用方便、性能稳定、可靠性高、适用范围广泛的目标。2005年沈春花[5]通过不同型号的诊断X射线剂量检测方法，比较分析了电离室与半导体技术的辐射剂量的探测，得出美国生产的RADCAL-9095新增加了管电流及非介入式mAs的测量。有利于诊断X射线辐射品质的进一步提高，代表了目前X射线剂量探测技术的发展方向。2008年蒋艳君等[6]学者采用Farmer剂量仪进行加速器输出剂量稳定性的监测，结果表明Farmer剂量仪是全身照射中输出剂量稳定性监测的有力工具。2009年王小平等[7]采4种不同电离室探测器，按IAEA TRS398和TRS227号报告进行测量分析得出，采用不同的计量仪和不同的测量规程得到的结果基本相同，且测量误差复合国标要求。

2.2 G-M计数探测器的现状与发展

1928年，盖革和弥勒发明了盖革计数管即：盖革-弥勒计数管缩写为G-M计数管。盖革计数管可用来检测各种物质和周围环境的放射性，甚至可以勘探到铀矿样品，盖革计数管还可以检测到地下的氡。把G-M计数管做成一种高精度的探测器，如G-M计数探测器是智能型袖珍仪器，它采用最新的功能较强的单片机技术[8]制作而成，主要用来监测X射线和γ射线等[9]，能够及时提醒工作人员注意安全[10]。岳清宇等[11]介绍并分析了G-M计数管适用于环境γ辐射连续监测的特点和存在的主要问题，讨论了G-M计数管用于环境连续监测的许多可取之处，并进一步研究改进和发展。2009年石会路[12]等学者采用盖革—弥勒计数管研制出一种基于单片机设计的小型高灵敏度γ剂量率监测仪，研究表明该仪器本灵敏度高、稳定性好，不仅可以准确记录γ射线剂量和及时报警，而且能够实现辐射防护最优化目标。同年王俊华等[13]统以89S51单片机为核心，研制出一种具有自动检测、自动分类、自动显示、多种声响提示和故障自动诊断等功能的微型检测仪器，且该仪器能够有效地防止辐射对人产生的伤害。

2.3 半导体探测器的现状与发展

2001年赵士安及欧向明等[14]研制出一种可提供剂量测量（0.001～9999mGy），剂量率测量（0.001～9999mGy/s）和曝光时间测量（0.001～9999s）的RD298智能型放射诊断X射线剂量仪。2004年赵士安及欧向明[15]对RD-98半导体探测器采用与标准电离室比对的方法进行剂量学性能研究。结果表明，RD-98半导体探测器的能量响应好于5%，具有卓越的辐射响应线性和抗冲击等特性，符合IEC作为诊断X射线剂量仪探测器的剂量学要求。2005年徐建一等[16]介绍了最新研制的TQ-2000型多通道剂量仪，研究表明它与体模配套使用，能够满足全身照射（TBI）测量和剂量分布（IMRT）测量的要求。2005年欧向明等[17]通过对RD298智能型诊断X射线剂量仪、瑞典的RTI Solidose R2400、德国的PTWDIADOS诊断 X射线剂量仪以及美国的Radcal-9010的能量响应特性进行比较分析得出国产的RD298诊断剂量仪与进口剂量仪能量响应性能均符合IEC要求，且半导体探测器的能响特性与电离室剂量仪没有差别，进而推断出半导体探测器剂量仪替代电离室诊断X射线剂量仪的发展趋势。2006年吴爱东等[18]通过对P2型电子束半导体探测器在不同的电子束照射条件下的实际剂量测量，定量地评估了不同照射条件下电子束半导体探测器的剂量特性及其对电子束均匀照射野扰动的影响。研究表明半导体探头作为电子束的实时剂量验证不宜多次使用，因为探头的扰动效应和阴影效应影响电子束射野表浅部深度的剂量分布，最终影响肿瘤的治疗疗效。2008年蒋艳君等[6]采用X线全身照射用多通道半导体剂量仪对23例患者进行实时剂量监测，结果表明多通道半导体剂量仪适合用于全身放射治疗患者体表的实时剂量监测。

2.4 热释光探测器的现状与发展

热释光探测器广泛应用于辐射防护、放射医学、放射生物学、地质学、考古学和环境保护等领域。个人计量检测（TLD），用于放射性工作人员的个人剂量监测等方面，也获得了广泛的应用。但是，个人剂量监测技术的发展经过胶片和热释光现已发展到了探侧材料采用的是Al2O3：C晶体的光致发光技术[19]。1999年赵建兴等[20]改进了RGD3型热释光剂量仪，在标准光源稳定性、数据分散性以及发光曲线测读效果等方面都有了较明显的改善和提高。2004年马永忠等[21]使用RTS-200二维扫描水箱、ELEKTA Precise医用电子直线加速器及RGD-3B热释光剂量测量仪等设备进行了GR-200A热释光探测器对电子线剂量测量的最佳条件的研究，结果表明，GR-200A热释光探测器可初步实现放射治疗剂量和个人剂量当量的测量，在医用高能电子线剂量测量中有一定的实用价值。2004年李宝廷等[22]对热释光剂量计和热释光磷光体的能量响应、线性范围等十几项技术指标进行了叙述并对使用方法作了详细介绍，结果表明正确的使用和进一步的开发热释光剂量计可以使其发挥更大的作用。2005年田崇彬等学者使用LiF（Mg，Cu，P）玻管探测器，检测了X射线诊断受检者的体表剂量。研究指出热释光测量将应用于放疗、核医学、以及介入治疗等各种医疗照射之中[23]。2010年杨琳及周睿东[24]探讨了热释光剂量测量的质量控制，研究表明热释光测量系统和探测器的稳定性、热释光探测器的分散性、测量系统刻度因子等直接影响到测量结果的准确性。因此在开展热释光剂量测量时要严格控制这些因素对测量结果的影响。2011年赵建兴等[25]研制出了RGD6 型热释光仪，在功能设计、测量灵敏度及数据分散性等方面均能满足热释光测量的性能要求。

3 展望

我国医用加速器辐射剂量测量仪的开发与利用具有广阔的前景，目前的辐射剂量仪无论从指标上还是功能上都需要进一步提高，我们需要提高辐射剂量仪的检测电路的精度，能够实现真实的反应测量值，还可以提高辐射剂量仪的功能特性，不仅是单一的测量，还可以更加智能化，如存储测量的数据，建立数据库，用曲线显示测量的数据，与电脑联机，进行遥控技术和打印等。辐射测量仪不仅可以测量加速器的辐射剂量也可以用与其他的领域，如个人辐射的防护及工作在一些辐射场合的人员，还可以用于探测矿物、石油、天然气、稀有元素以及检查管道泄露等很多领域，新型剂量测量仪仍具有较大的研发空间，我们还需要对剂量仪进一步的探究，从而促进我国剂量测量仪的蓬勃发展。

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