高剂量率近距离192Ir治疗源的井型电离室仪器的校准

王 继，吴钦宏，赵 亮，吕雅竹， 王军良，杨小元，王培玮

(1.中国计量科学研究院，北京 100029； 2.北京医院放疗科，北京 100730； 3.中国人民解放军总医院 第五医学中心，北京 100071)

1 引 言

世界卫生组织下属的国际癌症研究所(IARC)发布的全球癌症报告显示，2018年全球新增癌症病例达到1 810万例，因恶性肿瘤死亡的人数也达到了960万人，其中宫颈癌、前列腺癌、鼻腔癌等位列恶性肿瘤致死率的前十名[1]。

针对这几类癌症的患者，经由高剂量率192Ir γ辐射近距离治疗技术(HDR Brachytherapy)治疗的患者生存率高达98%～100%。并且近年来这项技术也开始发展推广用于治疗心血管狭窄、脉管疾病等方面，这些非传染性重大医学领域已被明确列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中，属优先主题的范畴。近距离治疗技术的应用日益广泛[2]。

近距离放射治疗源输出量参考空气比释动能率的测量与核医学诊断用源的分析测量(活度测量)具有不同的要求，属于完全不同的计量领域。针对后装治疗用192Ir放射源的参考空气比释动能率的量值急需进行溯源。国际计量局(BIPM)于2005年开展近距离治疗剂量学计量工作相关研究，并于2009年将其列入国际关键比对项目(BIPM.RI(I)-K8)。荷兰、加拿大、日本、德国等多个国家的计量院分别与BIPM进行了比对。到2018年，国内后装治疗机的保有量已经高于480台，每年应用于临床的放射源已经多达千颗以上，针对192Ir放射源的校准需求迫切[3,4]。

2 指型电离室的空气比释动能校准

测定空气比释动能采用经中国计量科学研究院校准过的PTW-30013指型电离室，具体参数见表1。

表1 PTW 30013电离室参数Tab.1 The parameters of PTW 30013 ionization chamber

2.1 校准原理

在中国计量科学研究院建立192Ir γ射线空气比释动能基准的计划尚未完成的情况下，采用国际通例(如IAEA-1274号报告)，通过插值国际电离辐射咨询委员会(CCRI)推荐的250 kV X射线参考辐射质(以下简称CCRI250)及60Co γ射线的校准因子得出此电离室在192Ir辐射场下的校准因子，其具体计算公式为[5]：

NK,Ir=0.8NK,250 kV+0.2NK,Co

(1)

式中：NK,Ir为插值得出的此电离室在192Ir辐射场的校准因子；NK,250 kV为此电离室在250 kV X射线参考辐射质下的校准因子；NK,Co为此电离室在60Co γ射线参考辐射场下的校准因子。

2.2 校准结果

将指型电离室在中能X射线基准辐射场和60Co基准辐射场分别进行校准。电离室距离光机焦斑和放射源几何中心的距离为1 m。要注意的是，需将电离室的空气密度修正到温度为20 ℃、气压101.325 kPa的状态下。剂量仪静电计需设置到电荷积分档，每60 s采集1次数据，共采集10次，再将10次的数据进行平均处理，得出各X射线参考辐射质和60Co γ参考辐射场下的具体电离电流。再利用式(2)得出各项校准因子[6～8]。

(2)

在X射线基准辐射场校准指型电离室时，实验布置如图1所示。

图1 X射线辐射场校准仪器布置Fig.1 Instrument placement diagram of X-ray field

表2给出了PTW 30013电离室的校准数据。192Ir的有效能量为398 keV，处在CCRI250与60Co之间，利用式(1)进行插值得出192Ir对于此电离室的校准因子为4.82×107Gy·C-1。

表2 PTW 30013电离室校准数据Tab.2 The calibration data of PTW 30013 ionization chamber

3 参考空气比释动能率标准值的测量

3.1 测量原理

IAEA1274号报告指出，在用指型电离室对192Ir后装治疗源进行参考空气比释动能率测定时,需进行3项不同的修正[9,10]，包括散射修正kscatt、空气减弱修正kair、放射源径向不均匀性修正kn。通过式(3)进行计算得出192Ir源的参考空气比释动能率：

(3)

式中：Q/t为指型电离室在不同距离测量得出的电离电流(通过温度气压修正),Q为收集的电荷，t为收集时间；kair为不同距离下的空气减弱修正，其为放射源到电离室之间空气对射线进行的衰减份额的修正；kscatt为散射修正，其为射线在环境中地面、墙壁、空气中散射份额的修正；kn为放射源径向不均匀修正，其为放射源径向不均匀造成电离室内部光子通量变化引发损失份额的修正；d为测量用距离，选用10 cm、15 cm、20 cm；dref为参考距离，dref=1 m。

3.2 测量结果

在测量放射源参考空气比释动能率时，利用专用的指型电离室和源管支架，实现了左右对称的3组源-电离室距离(10 cm、15 cm、20 cm)放置输源管，3组输源管与电离室处于同一水平面，见图2。

图2 参考空气比释动能率测量示意图Fig.2 The air kerma measurement chart

在各位置进行测量前，将放射源送到距离输源管末端15 mm处，再以5 mm的步进距离回退放射源，以读数响应最大值位置对应源-电离室间的设定测量距离。图3为在两侧寻找响应最大值点的曲线，可以看出使用实验支架，在指型电离室两侧，最大值点在源距输源管末端距离为30 mm处，两侧位置相同。

图3 放射源距输源管距离和测量读数关系图Fig.3 Relationship of distance between radioactive source and source pipe and measured reading

表3 参考空气比释动能率测量结果Tab.3 Reference air kerma rate measurement results

4 井型电离室剂量仪的校准

表4 PTW 33005电离室参数Tab.4 The parameters of PTW 33005 ionization chamber

(4)

校准井型电离室时，先确定最大测量读数对应的源在井腔(源管)中的具体位置，其方法为将放射源置于井型电离室适配器底端，然后以5 mm步距回退放射源。探寻灵敏点的数据如图4，最终确定此井型电离室的最大测量读数(灵敏点)位于其放射源适配器底端向上45 mm处。确定校准测量位置后，将出源时间设置为120 s，剂量仪电荷收集时间设置为30 s，一组进行3次或5次测量，合计测量3组，最终得出此井型电离室利用T33004.1.13适配器下的具体校准因子为9.021×105Gy·m2·h-1·A-1。

5 不确定度评定

井型电离室参考空气比释动能率校准因子不确定度的评定，从实际相关的量值确定和测量环节逐一分析和评估。主要为192Ir γ射线空气比释动能的测定、192Ir γ射线源参考空气比释动能率的测定及井型电离室的校准实验。具体评估分为A类和B类2种不确定度类型进行。A类不确定度由多次测量时对数据的统计涨落引起，计算式为[12,13]：

(5)

B类不确定度不依赖于对数据的统计，而取决于仪器本身的测量能力，实验中所用到的仪器都是经过检定的，所以此项不确定度可由仪器的相关检定证书获得。

A类和B类不确定度各项分量相互独立，合成标准不确定度为：

(6)

通过评定，192Ir放射源空气比释动能率不确定度如表5。

表5 192 Ir γ射线源参考空气比释动能率的不确定度评定Tab.5 Evaluation of uncertainty of reference air kerma rate of 192 Ir γ-ray (%)

在评定井型电离室校准因子不确定度的时候，具体方法与空气比释动能率不确定度的评定方法相同。此处直接引入了空气比释动能率的不确定度。表6为井型电离室校准因子的不确定度评定结果。

表6 井型电离室校准因子不确定度评定Tab.6 Uncertainty evaluation of calibration factor for well type ionization chamber (%)

6 结 论

通过插值法得出指型电离室在192Ir γ射线下的空气比释动能校准因子，并考虑空气衰减修正、散射修正、放射源径向不均匀修正，对192Ir治疗源γ射线辐射场的不同距离点处的空气比释动能率进行了测量，得到该源的参考空气比释动能率，进而完成对井型电离室的参考空气比释动能率校准。通过评定，参考空气比释动能率的不确定度为3.6%，井型电离室校准因子的不确定度为3.8%。