用60Co射线校准CT电离室的研究

李懿，王军良，王运来

1 解放军总医院放疗科，北京市，100853

2 解放军307医院放疗科，北京市，100071

患者在CT扫描过程中接受的剂量主要用CT剂量指数（CTDI）来描述，CTDI常用CT指形电离室在标准圆柱形有机玻璃模体中或空气中测量。诊断CT扫描机主要采用kV级射线，CT指形电离室常在空气中用空气比释动能校准[1-3]。随着MV级锥形束CT和螺旋断层治疗机内置的MV级扇形束CT的临床应用，需要评估MVCT扫描过程中患者接受的剂量[4-7]。由于电离室能量相应的影响，CT指形电离室用于MV级CTDI测量时需要重新进行校准[8]。本文对PTW TM30009 CT指形电离室在T40017头部模体中用60Co射线进行校准，并研究电离室的剂量线性和剂量响应的均匀性。

1 材料与方法

本文测量采用的剂量仪为UNIDOS，电离室采用PTW TM30009 CT电离室，其内半径为0.7 cm，灵敏体积长度为10 cm，灵敏体积为3.14 mL，室壁为1 mm厚涂石墨的甲基丙烯酸甲酯（PMMA）塑料。T40017头部模体直径为16 cm，长度为15 cm。模体中心C及周边1 cm深度处互相垂直的A、B、D、E 4个不同位置有测量电离室插孔。

1.1 CT电离室的校准

将头部模体放置在治疗床上，调整模体和治疗床的位置，使治疗室的激光灯十字线和模体的十字线重合。将CT电离室放进中心插孔内，其它4个插孔插入有机玻璃细棒。60Co治疗机的控制台设置照射野为20 cm×20 cm，剂量仪测量时间预置为60 s。放射源到位开始照射后剂量仪开始测量，记录剂量仪的电荷量读数，重复测量3次取平均值。取出CT电离室，将中心插孔中的底端气孔用胶带密封好，插孔中加入水，把0.6 mL电离室插入，照射条件不变，测量模体中的吸收剂量。

经温度气压修正后剂量仪的电荷量读数为M（单位：C）；Dw为0.6 mL电离室测量的吸收剂量，则标准剂量长度为Dw·L，式中L为电离室灵敏体积受照射的长度。用吸收剂量校准的CT电离室校准因子（单位：Gy·cm/C）为：

1.2 CT电离室剂量响应和照射野宽度的关系

60Co治疗机的控制台设置照射野宽度为20 cm，长度分别为3 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm、12 cm、16 cm和20 cm。剂量仪测量时间预置为60 s。放射源到位开始照射后剂量仪开始测量，记录剂量仪的读数，重复测量3次取平均值。分析CT电离室剂量的响应随照射长度的变化。为了考虑照射野输出因子的影响，相同条件下用0.6 mL电离室测量吸收剂量。

1.3 CT电离室剂量响应的线性

控制台设置照射野大小分别为20 cm×3 cm和20 cm×20 cm。剂量仪测量时间分别预置为5 s、10 s、20 s、40 s、80 s和160 s。记录剂量仪的读数，每次重复测量3次取平均值。

1.4 CT电离室剂量响应的均匀性

控制台设置照射野大小为20 cm×3 cm，在托架上放置厚6 cm挡铅遮挡形成1 cm宽的照射野。剂量仪测量时间预置为60 s，记录剂量仪的读数，重复测量3次取平均值。以1 cm为间隔，调整治疗床的位置，使电离室在下一个位置测量，直到测量覆盖所有的电离室。

2 结果

2.1 校准因子

照射野大小为20 cm×20 cm，60 s测量计数，0.6 mL电离室测量的吸收剂量为1.764 Gy，CT电离室累积的电荷量为134.2 nC，则CT电离室的剂量—长度乘积的校准因子为NDL=1.314×108Gy·cm/C。

2.2 CT电离室剂量响应和照射野宽度的关系

照射野的宽度为20 cm，长度由3 cm增加到20 cm时，CT电离室剂量的响应随照射长度的变化见表1，表中NDL的相对误差以照射野大小为20 cm×20 cm的刻度因子为标准。由表可以看出，照射野长度小于CT电离室灵敏体积长度时，测量读数与照射野长度成正比；超过10 cm时，测量计数变化很小。照射野较窄时，由于半影区的剂量贡献，CT电离室直接测量的吸收剂量―长度乘积值（M）比0.6 mL电离室测量的吸收剂量×照射野长度之积（Dw·L）偏大。照射野大于10 cm时，由于电离室杆效应的影响，0.6 mL电离室测量的吸收剂量×照射野长度之积（Dw·L）反而偏大。

表1 照射野长度对指形电离室刻度因子的影响Tab.1 The irradiated length’s effect on pencil chamber calibration factor

2.3 CT电离室剂量响应的线性

固定照射野大小为20 cm×20 cm，改变测量时间，用0.6 mL电离室和CT电离室测量的结果见图1。为了比较电离室部分照射的剂量线性，图中也给出了20 cm×3 cm照射野CT电离室测量的结果。

图1 CT电离室剂量响应的线性Fig.1 CT chamber dose linearity pesponse

照射野大小分别为20 cm×20 cm和20 cm×3 cm时，CT电离室给出的吸收剂量―长度乘积值（M）和时间之间关系的拟合的结果分别为M= 0.223 73×t+ 0.003 93和M=0.059 28×t+ 0.001 17；相比之下，照射野大小为20 cm×20 cm时，0.6 mL电离室测量的吸收剂量线性拟合方程为Dw= 0.029 35×t+0.000 843。所以结果拟合的线性相关系数都大于0.999 9，说明线性很好；同时，3条直线的纵轴截距也很小，说明残存计数很小，CT剂量测量时不需要再进行残存计数修正。

2.4 CT电离室剂量响应的均匀性

照射野大小分别为20 cm×1 cm和20 cm×3 cm时， CT电离室测量空间均匀性的结果见图2，图中横坐标为照射野中心位置到CT电离室灵敏体积中心的距离。由图2可以看出，10 cm长的灵敏体积范围内，CT电离室对于MV级射线的剂量响应基本均匀。但在电离室两端由于电场强度畸变和半影影响，测量结果较低。照射野越宽，边缘部分体积照射效应越明显，偏差越大。

图2 电离室剂量响应的均匀性Fig.2 Chamber dose spatial response

3 讨论

剂量指数（CTDI）定义为沿垂直于断层摄影平面的直线上的剂量分布的积分，除以单次扫描的断层照片数与断层摄影的标称切片厚度的乘积[8-9]。

其中N是测量时CT扫描仪旋转的圈数，T是扫描时的层厚，则表示剂量沿电离室轴线方向从-∞→∞的积分。由于测量-∞→∞的线积分剂量理论和实践上都是不可能的，因此实际应用中只是用CT电离室测量一定长度上剂量的积分。

虽然CTDI的概念和CT电离室都是为评估kV级CT扫描时患者接受剂量而提出和设计的，但它们也可以推广应用到MVCT。CT电离室常用kV级射线校准，一般在空气中测量，校准因子用空气比释动能长度乘积给出；但应用到MVCT时，由于存在能量响应，CT电离室需要用MV射线校准，校准因子常用剂量—长度乘积，需在模体中测量。

目前放疗中常用的MVCT主要用于患者治疗位置的验证，常用6 MV射线的加速器机载MV锥形束CT(MVCBCT)和3.5 MV射线螺旋断层放疗机(TomoTherapy)扇形束CT。CT电离室需要在均匀的辐射场中校准，加速器治疗照射采用的射线束很难达到要求。60Co治疗机的辐射场比较均匀，射线质接近MVCT的射线质，适用于CT电离室的剂量—长度校准。

根据剂量校准公式， CT电离室在MV射线校准时误差来源包括：在国家计量院60Co辐射束检定的剂量计的不确定度；将照射量转换为吸收剂量引起的不确定度；标准电离室能量相应变化及散射引起的不确定度；剂量计电荷量测量、温度气压变化、几何布置等引起的不确定度等。总的不确定度应不大于4%。

CT电离室经过60Co射线校准后可以用于MVCT的CTDI测量，以监测MVCT扫描机的辐射剂量输出稳定性以及评估患者接受的剂量，有利于优化扫描条件和降低辐射危害。

[1]Nickoloff EL, Alderson PO.Radiation exposure to patients from CT: reality, public perception, and policy[J].Am J Roentgenol,2001, 177: 285-287.

[2]Geleijns J, Van Unnik JG, Zoetelief J, et al.Comparison of two methods for assessing patient dose from computed tomography[J].Br J Radiol, 1994, 67: 360-365.

[3]Poletti JL.An ionization chamber based CT dosimetry system[J].Phys Med Biol, 1984, 29: 725 -731.

[4]王运来, 沙翔燕, 戴相昆, 等.Hi-ART螺旋断层治疗机剂量学参数的测量[J].中华放射肿瘤学杂志, 2008, 17(3): 226-229.

[5]Ruchala KJ, Olivera GH, Schloesser EA, et al.Mega-voltage CT on a tomotherapy system[J].Phys Med Biol, 1999, 44: 2597–2621.

[6]Mosleh-Shirazi MA, Evans PM, Swindell W, et al.A cone beam megavoltage CT scanner for treatment verification in conformal radiotherapy[J].Radiother Oncol, 1998, 48: 319–328.

[7]王运来, 廖雄飞.Hi-ART螺旋断层放射治疗机MV螺旋CT剂量指数的测量[J].中华放射医学与防护杂志, 2010, 30(1): 44-46.

[8]Maia AF, Caldas LVE.Performance of a pencil ionization chamber in various radiation beams [J].Appl Radiat Isot, 2003,58:595-601.

[9]Bochud FO, Grecescu M,Valley JF.Calibration of ionization chambers in air kerma length [J].Phys Med Biol, 2001, 46: 2477-2487.