基于IAEA398号报告的绝对剂量校准软件开发

谢朝，邹炼，郑霞

四川省医学科学院・四川省人民医院，a.医学物理联合实验室；b.肿瘤科；c.急诊科，四川 成都 610072

基于IAEA398号报告的绝对剂量校准软件开发

谢朝a,b，邹炼a,b，郑霞c

四川省医学科学院・四川省人民医院，a.医学物理联合实验室；b.肿瘤科；c.急诊科，四川 成都 610072

本研究运用基于面向对象Python程序开发了基于IAEA398号报告的绝对剂量校准软件（ADC），该软件由光子线修正因子计算模块、电子线修正因子计算模块、校准参数输入可视化和数据输出模块构成。基于IAEA398号报告，该软件能够得出加速器不同能量的光子线和电子线绝对剂量校准所需的用户修正因子，可应用于加速器绝对剂量校准中。实际应用结果表明，运用该软件计算的用户修正因子来校准Truebeam加速器不同能量状态下的绝对剂量效果较好，值得临床推广。

绝对剂量；IAEA398号报告；用户修正因子；加速器

0 前言

绝对剂量测量是加速器质量控制检验的重要过程之一[1-4]，根据世界卫生组织（WTO）的规定[5]，对于X射线和电子线，绝对剂量校准误差不应该超过±2%。目前我国使用的绝对剂量测量规程参考的是国际原子能机构（IAEA）在1997年发布的第277号技术报告[6]，即基于电离室空气比释动能校准射线吸收剂量[7]。2000年，IAEA又发布了第398号技术报告[8]，该报告更新了剂量校准方法，即基于电离室水中吸收剂量校准射线吸收剂量，该方法的优势在于不用进行空气到水中吸收剂量的转换，并且引入的修正参数相对较少，不确定度较小，过程相对简单[9]，但各种参数的查找和计算较为复杂，容易出错。本研究的目的是开发一套能够快速计算加速器绝对剂量校准所需用户修正因子的软件，以便于加速器绝对剂量测量，保证加速器出束剂量的准确性，同时便于放射治疗物理师学习IAEA398号报告，详细了解剂量校准流程和所需校准因子。

1 软件设计过程

本院加速器验收和日检、周检都需对绝对剂量进行测量，但手工计算校准所需的用户修正因子较为复杂，需查找各种修正因子进行计算，容易出错。鉴于此，本研究开发了一种基于IAEA398号报告的绝对剂量校准软件AbsoluteDoseCalibration（ADC），该软件采用面向对象编程方法，应用Python语言开发[10]，主要由光子线修正因子计算模块、电子线修正因子计算模块、校准参数的可视化输入界面和数据输出和程序封装模块构成。

1.1 光子线修正因子计算模块

对于高能光子线，IAEA398号报告给出了参考深度处水中吸收剂量的计算公式，如下所示：

其中，Dw,Q为射线质Q在参考深度处的水中吸收剂量；MQ是在参考深度剂量计经温度、气压、静电计、极化效应、离子复合效应等修正后的读数，其计算公式如下：

其中，Mun和M0分别是电离室遭辐射和未遭辐射时的读数，Ktp是温度、气压修正因子，Kelec为是静电计修正因子，Kpol是极化修正因子，Ks是离子复合修正因子（本软件根据IAEA398号报告给出的不同公式编写了4个K因子的不同函数）。式(1)中，ND,w,Q0是电离室在参考射线质Q0下水中吸收剂量的校准系数，该系数由次级及以上的标准实验室测量得到。KQ,Q0指是电离室特殊因子，用于校准电离室对参考射线质Q0和实际射线质Q的响应差异。

对于高能光子线，当选用不同圆柱形电离室做绝对剂量测量时，KQ,Q0值可通过IAEA398号报告中的表14查得，本软件将表14中的数据建立成库文件，用户只需在本软件中输入光子线在参考条件下10 cm和20 cm处的百分深度剂量（Percentage Depth Dose，PDD），便能求出KQ,Q0。

对于光子线，本软件定义的用户修正因子（UF）计算公式如下：

式(3)中，PDD指的是用户测量吸收剂量深度处射线的百分深度剂量，该参数的引入可使所测得的加速器的吸收剂量就是最大剂量深度处的剂量。

1.2 电子线修正因子计算模块

对于高能电子线，参考深度处水中吸收剂量的计算公式与光子线相同，如式(1)所示。当选用不同圆柱形电离室做绝对剂量测量时，KQ,Q0值可通过IAEA398号报告中的表18查得，本软件将表18中的数据建立成库文件，用户只需在本软件中输入电子线R50，便能求出KQ,Q0（R50指的是在参考条件下水中电子线电离深度或剂量深度曲线上50%处对应的深度）。当选用不同测量模体时，需对模体进行等效水修正，一方面需要修正参考深度，加入深度缩放因子Cpl；另一方面电离室读数需加入hpl，将模体读数转换为水中读数，因此对于高能电子线，其用户修正因子计算公式如下：

1.3 校准参数的可视化输入界面

本软件主要包括5个界面，即医院信息界面、电离室选择界面、实际测量条件界面、K因子界面和用户修正因子界面。这5个界面相辅相成，用户只需按顺序填入相应的参数，就能得出用户修正因子。

1.4 数据输出和程序封装模块

本软件数据输出模块输出的文件类型为.doc，该Word文档包含医院信息、电离室选择信息、实际测量条件信息，K因子信息和用户修正因子信息，其中用户修正因子用红色字体标识。

编译好的程序最终由py2exe程序封装，成为可在Windows平台上独立运行的可执行程序（ADC.exe），即本软件能在未安装python程序的Windows系统上顺利运行，可移植性高。

2 软件应用及结果分析

2.1 软件运行情况测试

在本软件中分别填入光子线和电子线在不同能量状态下的各种参数，本软件即可根据光子线的参数包括测量位置的百分深度剂量、K因子、10 cm和20 cm深度的百分深度剂量、电离室等得出相应的用户修正因子，可根据电子线的参数包括电离室的外电极的内半径、R50、测量模体、测量深度、等效深度的百分深度剂量、K因子、电离室等得出相应的用户修正因子。

笔者基于本软件测量了本院西门子加速器的出束剂量。结果表明，基于本软件与IAEA277号报告得出的剂量值偏差小于1%，说明该软件的测量准确性高，具体结果见表1。IAEA 398号报告给出的测量光子束和电子束吸收剂量时的不确定度分别为1.5%和1.6%，而IAEA 277号报告给出的测量光子束和电子束吸收剂量时的不确定度为3%～4%，再结合修正因子的不确定度，认为基于IAEA277号报告得出的剂量值与基于IAEA398号报告得出的剂量值是一致的。

表1 基于软件与IAEA 277绝对剂量比较

2.2 软件临床应用

首先，通过ADC软件得出本院TrueBeam加速器各能量光子线和电子线的用户修正因子；其次，使用剂量测量仪器IBA Dose1、电离室FC65-G、Blue Phantom2和水模体，分别测量本院TrueBeam加速器能量分别为6、8、10 MV的光子线和能量分别为12、15、18 MeV的电子线在测量条件下的吸收剂量，并校准该加速器的各能量出束剂量；最后，确保该加速器的出束射线在参考条件下最大剂量深度处的剂量偏差不超过±2%。TrueBeam加速器剂量校准结果，见表2。运用该软件计算的用户修正因子来校准Truebeam加速器不同能量状态下的绝对剂量效果较好，可应用于临床。

表2 TrueBeam加速器剂量校准结果

3 结论

本研究运用基于面向对象Python程序开发了基于IAEA398号报告的绝对剂量校准软件Absolute Dose Calibration（ADC），该软件能在Windows平台下顺利运行，方便好用。针对临床上对医用加速器光子线选用不同电离室进行绝对剂量校准，以及对电子线选用不同的测量模体和电离室进行绝对剂量校准的情况，该软件都能快速计算出相应的用户修正因子，从而减少放射治疗物理师手工计算的出错率，提高绝对剂量校准效率，并方便初学者学习IAEA398号报告。不过，虽然该软件功能强大，但临床上还需要对软件的输出结果进行详细检查，以确保临床安全。

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Development of a Software for Absolute Dose Calibration Based on IAEA 398

XIE Zhaoa,b, ZOU Liana,b, ZHENG Xiac
a. Joint Laboratory for Medical Physics; b. Department of Oncology; c. Department of Emergency, Sichuan Academy of Medical Sciences & Sichuan Provincial People’s Hospital, Chengdu Sichuan 610072, China

This research developed the software Absolute Dose Calibration (ADC) based on the report of IAEA 398 with the application of The Python program.ADC is composed of calculation of the photon correction factor, calculation of the electron correction factor, as well as input data visualization and data output. Based on the report of IAEA 398, the software can quickly calculate the user correction factors, which were used to precisely measure the absorbed dose and to calibrate beam dose. The results of the ADC was used to calibrate absolute dose of the truebeam accelerator for different energy rays, if choosing different phantoms and ionization chambers, ADC should be able to calculate user correction factors for different energy rays. It can be applied to calibrate absolute dose on the accelerator and is worthy of clinical promotion.

absolute dose; IAEA398; user correction factor; accelerator

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.01.009

1674-1633(2016)01-0039-03

2015-09-01

四川省医学科学院・四川省人民医院2014年院苗圃科研课题（No.2014007）。

本文作者：谢朝，工程师。

作者邮箱：xz0242024028@126.com