水温与室温差对医用电子直线加速器输出剂量刻度的影响

黄双燕 李丽琴

（1.重庆市渝北区人民医院肿瘤科，重庆 401120；2.珠海市人民医院放疗科，广东 珠海 519000）

0 引言

对医用电子直线加速器，输出剂量刻度就是将机器设定的MU 数与特定条件下给予特定点的吸收剂量联系起来，通常在水下中心轴深度（一般为最大深度）处，距离辐射源SSD+（一般SSD 为100cm），射野尺寸为10cm×10cm条件下使该点的剂量率为1.0cGy/MU。国际原子能机构（IAEA）发布的TRS277 号（1987，1997）报告被广泛应用于医用电子直线加速器输出剂量刻度，其校准过程中须根据现场电离室空腔气温和气压对电离室吸收剂量做空气密度修正（相对剂量仪计量院校准时空气密度）。通常情况下，先将校准小水箱中的水放置于治疗室内24h 以上达到温度平衡后（此时水温和室温差一般小于3℃），用小水箱电离室插孔气温和气压来修正吸收剂量。该研究旨在探究利用小水箱和指形电离室校准医用电子直线加速器射束时，小水箱中的水未提前放置于治疗室，未达温度平衡，其水温与室温差3℃～10℃时，小水箱电离室插孔气温和水温是否与空腔空气温度还基本一致，用水温气压来修正吸收剂量是否可行，温差越大其偏差是否也越大，并以水温与室温一致时，气温或水温气压修正的吸收剂量为基准。

1 材料与方法

1.1 材料

医科达Infinity 医用电子直线加速器；美国PTW UNIDOSE Webline 静电计、TW31010 电离室（漏电0.01%，重复性0.03%，示值非线性-0.05%，校准时间2020 年7月）；温度计为玻璃棒水银温度计（精度0.1 ℃，校准时间2020 年5 月）；气压表为宁波市鄞州姜山玻璃仪器仪表厂DYM3-1 型高原用空盒气压表（精度0.2 kPa，校准时间2020年5 月）；尺寸为30 cm×30 cm×30 cm，4 个支点可调的二维水箱。

1.2 方法

IAEA TRS 277 基于空气比释动能校准方法，水下深度为处吸收剂量，计算公式如公式（1）所示。

D=·K·N·（1-）·K·K·P·P·S（1）

式中：为未经温度、气压修正的剂量仪读数；K为温度气压修正系数（根据空腔空气温度气压对剂量仪读数行空气密度修正）；N为空气比释动能校准因子；为次级电子轫致辐射能量占总能量的份额，约为0.003；K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；K为电离室室壁及平衡帽材料对校准辐射空气等效不充分而引起的修正；P为扰动修正因子是辐射质的函数，同时与室壁有关；P为电离室中心电极影响；S为校准深度处水对空气的平均阻止本领比。

K计算公式如公式（2）所示。

式中：为电离室在国家标准实验室校准时的标准气压；为电离室在国家标准实验室校准时标准温度；为测量现场大气压；为测量现场电离室空腔空气温度。

该剂量仪实验室校准时=20℃，=101.325kPa，由K计算公式可以推导出电离室空腔空气温度每变化3℃或气压每变化1kPa，空腔空气密度修正系数K变化约为1%，该研究使用的气压表分辨率为0.2kPa，引起的K最大偏差约为0.2%。

加速器输出剂量刻度测量条件如下：机架和准直器角度为0°，源皮距（SSD）为100 cm，射野尺寸为10 cm×10 cm，将校准小水箱水温通过添加冷水或热水调整至室温，水面位于5.2 cm 处，6MV X 射线能量出束100MU，记录静电计读数、水温或室温或气温和气压；按式（2）计算K系数，然后按公式（1）计算水下5 cm 处的吸收剂量D，D除以PDD5 获得水下最大点处的吸收剂量，通过调整加速器机器参数将其最大点处的吸收剂量标定为100 cGy，即剂量率为1.0 cGy/MU。

将10cm×10cm×10cm 固定水等中心（电离室测量点）置于激光中心，并读取静电计读数并做气温气压K修正，计算出系数将固体水等中心处的剂量率刻度为1.0cGy/MU，使用固体水作为介质测量加速器输出剂量D，其计算公式如公式（3）所示。

固定水测量加速器输出剂量稳定性，早上九点到下午六点半每半个小时测量一次，记录气压、气温、静电计读数，根据公式（3）计算加速器输出剂量D，按国标WS674-2020计算加速器输出剂量稳定性。该研究要求其稳定性小于1%。

指形电离室空腔为开放式设计，其空腔空气温度理论上介于室温和水温之间，通常在水温和室温处于温度平衡下认为小水箱电离室插孔气温和电离室空腔气温一致，该研究以水温与室温一致时刻度加速器输出剂量，并以此作为标准剂量，来探究当水温与室温相差3 ℃～10 ℃时，电离室空腔气温和插孔气温、水温是否一致。通过添加冷水或热水将水温调整至30 ℃（一般机房温度为20 ℃），自然冷却，在剂量刻度同样的条件下，每半小时出束100 MU 并记录静电计读数、水温、室温和气压，并根据公式（1）和公式（2）计算加速器输出剂量D。

1.3 统计方法

采用SPSS 25.0 软件进行统计学分析，统计结果以±表示，水温与室温差为零、非零下水温气压修正的输出剂量D行均值检验，对静电计读数相对变化与水温气压修正系数K相对变化做非参数配对样本wilcoxon 符号秩检验；水温与室温差Δ与水温气压修正的输出剂量D做Spearman法双变量相关性分析。＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 加速器输出剂量的稳定性

固体水测量加速器输出剂量D如图1 所示，其最大值为100.16 cGy，最小值为99.78 cGy，平均值为（100.04+0.09）cGy， 按 国 标WS674-2020 计算加速器输出剂量稳定性为（-0.35%～0.03%），输出剂量非常稳定（国标2%）。

2.2 不同水温下测量加速器输出剂量

水温与室温差为零、非零、平衡下水温气压修正输出剂量和固体水测量输出剂量基本一致，其分别为[（99.92±0.01）cGy、（99.90±0.08）cGy；=-1.596，=0.127]、（99.84±0.02）cGy 和（100.04±0.09）cGy。

不同水温和室温差下小水箱测量输出剂量D如图1 所示，温差9 ℃与0 ℃下输出剂量偏差仅为0.23 cGy，加速器输出剂量稳定性为（-0.23%～0.13%）；温差Δ与输出剂量D数据组间行Spearman 法双变量相关性分析结果为（=-0.177，=0.455），呈现无相关性。

图1 固体水DT 和小水箱DW 两种方式测量的加速器输出剂量

静电计读数和水温气压修正系数分别相对水温与室温差为0℃时的变化如图2 所示，在水温和室温相差比较大，未达温度平衡时，根据水温和室内气压计算出的电离室空腔空气密度修正系数K同样可以准确地修正输出剂量，行非参数配对样本wilcoxon 符号秩检验，两组数据无统计学差异（=-1.459，=0.145）。

图2 静电计读数M 和水温气压修正系数相对变化Kt，p

起始水温为30℃与室温为21℃下自然冷却下水温变化曲线如图3 所示，从图3 中可以看出水温每半个小时最大变化不超过2℃，对输出剂量的影响不超过0.7%。在正常情况下每次测量的时间不超过5min～10min，水温变化约为0.3℃，根据水温度气压修正吸收剂量引起的误差小于0.1%。

3 讨论

肿瘤放射治疗设备输出剂量刻度是物理师最重要的工作之一，它是在特定（归一化）条件之下，中心轴上某一个特定点的绝对剂量的确定过程。国家《WS674-2020 医用电子直线加速器质量控制检测规范》中要求射束偏差小于3%，WHO 和IAEA 联合组织在世界范围内对加速器输出剂量的准确性进行核查，发现有15%设备输出剂量刻度不准确。

IAEA TRS 277 医用电子直线加速器输出剂量刻度中，指形电离室空腔为开放式设计，其空腔空气温度理论上介于室温和水温之间，空腔温度无法测量，以测量水温或气温代替（两者相差小于3 ℃）。在温度平衡下，李军等人在对X 射线和电子束吸收剂量的测量与计算研究中指出需要平时将测量用水放置于治疗机房，确保温度平衡，否则会影响测量结果；蒋杜伟等人在治疗室的气温和气压对输出剂量刻度的影响研究中提出将测量水提前30 min 置于治疗室，使用气温修正吸收剂量；而胡娟等人在直线加速器输出剂量标定研究中指出测量水需要测量前一天放置于治疗室，使用水温修正吸收剂量。对达到温度平衡所需时间不一致，修正吸收剂量测量温度也不一致。在日常加速器输出剂量刻度中，有时并未提前将水放置于治疗室，温度未达平衡，此时如果继续使用气温或水温修正吸收剂量是否准确？该文对此展开了研究，在水温与室温差为零时刻度加速器输出剂量。

基于傅益谋等人研究用固体水进行加速器吸收剂量的日常质控校准得出的固体水与小水箱校准剂量相对误差小于0.5%，该研究首先使用固体水对加速器日稳定性做了测量，稳定性为（-0.35%～0.03%），远低于设定的标准1%，稳定性非常好。基于加速器良好的稳定性，该研究采用通过自然冷却的方式模拟不同的水温与室温差，温差从-3℃至10℃，吸收剂量温度气压修正中的温度选择水温，不同的水温、室温差和标准室温水温一致（此时水温、室温和电离室空腔气温一致）下吸收剂量基本一致，t 均值检验无统计学差异，表明即使是水温、室温差很大的情况（3 ℃～10 ℃）下，水温和电离室空腔空气温度也基本一致。同时也证实室温（气温）不能代替空腔气温，温差越大，偏差越大，即使在水介质温度平衡下也应使用水温修正来吸收剂量。该研究还对小水箱自然冷却情况下的温度变化数据进行了非线性拟合，近似为指数衰减。从图3 可知，在加速器输出剂量刻度期间（≤10min）温度变化引起的最大偏差很小，不到0.5%，可以忽略；水介质的温度平衡所需时间跟初始温差和水介质体积有关，温差越大，体积越大，所需时间就越久。

图3 自然冷却下小水箱水温T 变化曲线

4 结论

该文采用小水箱测量吸收剂量刻度加速器输出剂量时，在现场使用房间的自来水作为小水箱校准用水，水介质温度未达平衡，水温与室温相差很大时（3 ℃～10 ℃），水温和电离室空腔气温基本一致，基于水温修正吸收剂量刻度加速器输出剂量精确可行。该研究仅对6 MV 射线束做了研究，并未对其他能量开展研究，且使用的校准方法为IAEA TRS277，而近期越来越多地开始采用IAEA TRS398 方法行加速器输出剂量校准，李磊等人做了基于IAEA TRS398 报告的直线加速器的剂量校准，未对基于水温做剂量修正是否准确进行研究（在水温、室温相差很大时）；后期将继续针对不同加速器射束和不同校准方法进行研究。