曾自力

醫(yī)用電子直線加速器高能X射線輸出劑量測量的質(zhì)量控制

曾自力

目的：分析醫(yī)用電子直線加速器高能X射線輸出劑量測量的質(zhì)量控制的主要內(nèi)容及測算方法，提高臨床治療的穩(wěn)定性及治療實(shí)施的準(zhǔn)確性和精度。方法：介紹國際原子能機(jī)構(gòu)第277號技術(shù)報(bào)告，醫(yī)用電子直線加速器高能X射線在水模體中吸收劑量的公式及檢測方法，劑量監(jiān)測儀讀數(shù)的刻度，源皮距SSD照射、源軸距SAD等中心給角照射處方劑量計(jì)算，數(shù)據(jù)的處理。結(jié)果：得出了醫(yī)用電子直線加速器高能X射線輸出劑量測量質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的主要內(nèi)容及檢測方法。結(jié)論：作為加速器高能X射線輸出劑量測量質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的主要內(nèi)容及檢測方法，對各級放射治療單位加速器高能X射線輸出劑量測量質(zhì)量保證體系的建立具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。

輸出劑量；質(zhì)量保證；質(zhì)量控制；國際原子能機(jī)構(gòu)；第277號技術(shù)報(bào)告

AbstractObjectiveTo analyze the major content and test methods of quality assurance and quality control for the determination of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator,and to assure clinic treatment stableness and raise clinic treatment accuracy.MethodsNo.277 technical reports of International Atomic Energy Agency,formula Dw （Peff）=M·Nd·SW,AIR·PU·PCEL and test methods of absorbed dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator,graduation of dose monitor indication,prescription dose account of source skin distance irradiation and source axle distance irradiation and data process were introduced.ResultsThe major content and test methods of quality assurance and quality control for the determination of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator were obtained.ConclusionThe major content and test methods of quality assurance and quality control for the determination of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator can be used in direct radiotherapy unit at different levels and establishing quality assurance system of exported dose for high energy X-ray on medical electron linear accelerator.[Chinese Medical Equipment Journal，2011，32（2）：104-106]

Key wordsexported dose;quality assurance;quality control;International Atomic Energy Agency;No.277 Technical report

1 引言

放射治療是指利用X、γ射線或其他電離輻射的放射性，使細(xì)胞及組織遭到破壞而達(dá)到治療目的的方法。電離輻射進(jìn)入人體組織后，會發(fā)生一系列物理、化學(xué)以及生物學(xué)的變化，最后導(dǎo)致組織的生物學(xué)損傷，即生物效應(yīng)，該效應(yīng)的大小正比于組織中吸收電離輻射的能量。這種治療方法對幼稚和生長旺盛的腫瘤細(xì)胞作用很大，但放射性在破壞和殺死腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，對周圍正常組織細(xì)胞也有破壞作用。確切地了解組織中吸收的電離輻射能量對評估放射治療的療效和副作用極其重要。治療設(shè)備輸出劑量的精確測定是進(jìn)行放射治療最基本的物理學(xué)要素，稍有疏忽就可能會造成較大的劑量誤差，直接影響到靶區(qū)劑量的準(zhǔn)確性，從而影響放療質(zhì)量。因此，放療劑量測量中的質(zhì)量控制是對腫瘤患者進(jìn)行精確治療不可缺少的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)就Varian clinac23EX醫(yī)用直線加速器高能X射線輸出劑量測量與校準(zhǔn)的質(zhì)量控制相關(guān)內(nèi)容按有關(guān)規(guī)定實(shí)施，并結(jié)合本單位的具體條件進(jìn)行探討。

2 一般資料

2.1 被測機(jī)器

Varian clinac23EX醫(yī)用直線加速器，帶有左右各40片等中心處寬1 cm的葉片組合構(gòu)成的多葉準(zhǔn)直器，X射線能量為15 MV和6 MV，X射線劑量率為100～600 cGy/min；電子線能量分別為 6、9、12、15、18、22 MeV，電子線劑量率為 100～1 000 cGy/min。源軸距100 cm，等中心處最大射野為40 cm×40 cm。

2.2 測量條件

測量時(shí)，環(huán)境溫度為15～35℃，大氣壓強(qiáng)為 80～110 kPa，相對濕度為30%～75%；測量環(huán)境的輻射為本底，外來電磁場和機(jī)械震動等均不應(yīng)引起劑量計(jì)值的顯著偏差和不穩(wěn)。全自動三維掃描水箱，中國測試技術(shù)研究院生產(chǎn)的9606B型電離室劑量儀，劑量儀的電離室性能應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定的要求，經(jīng)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格。檢測時(shí)，所用模體為標(biāo)準(zhǔn)水模體，容積為30 cm×30 cm×30 cm。其他劑量器具：溫度計(jì)、氣壓計(jì)的測量范圍為 0～50 ℃，80～110 kPa；溫度計(jì)、氣壓計(jì)、測距尺的最小分度值分別為0.5℃、0.1 kPa和1 mm。

3 方法與結(jié)果

3.1 IAEA TRS-277

根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）1997年發(fā)表的第277號技術(shù)報(bào)告[1]，137Cs、60Co產(chǎn)生的射線和醫(yī)用加速器產(chǎn)生的高能 X射線以及高能電子束在水模體中吸收劑量測定分2步：首先，電離室空腔中空氣吸收劑量因子Nd的確定公式為：

作者單位：545007 廣西柳州 柳州市柳鐵中心醫(yī)院腫瘤科（曾自力）

式中，Nk為電離室劑量計(jì)空氣比釋動能校準(zhǔn)因子；g為X輻射產(chǎn)生的次級電子消耗于軔致輻射的能量占其初始能量總和的份額；Katt為儀器校準(zhǔn)時(shí)，電離室室壁及平衡帽對校準(zhǔn)輻射的吸收和散射的校準(zhǔn)因子；KM為儀器校準(zhǔn)時(shí)，電離室室壁及平衡帽的材料對校準(zhǔn)輻射空氣等效不充分而引起的修正。

其次，在未受擾動的水模體中，電離室測量有效點(diǎn)Peff深度處吸收劑量Dw（Peff）的確定公式為：

式中，M為經(jīng)溫度、氣壓修正后的儀器讀數(shù)；SW，AIR校準(zhǔn)深度水對空氣的平均阻本領(lǐng)比；PU擾動修正因子；PCEL中心電極影響，其數(shù)值取1。

在我國現(xiàn)行量值傳遞體系中，給出的是照射量校準(zhǔn)因子Nx，其與Nk的關(guān)系是：

式中，W/e在空氣中形成每對離子（其電荷為1個(gè)電子的電荷）所消耗的平均能量，W/e質(zhì)為33.97 J/C。由此得出：

電離室中心所收集的電離電荷是源于它前方的某點(diǎn)產(chǎn)生的次級電子，有必要定義電離室的有效測量點(diǎn)Peff，以修正電離室氣腔內(nèi)電離輻射的注量梯度變化。有效測量點(diǎn)Peff位于電離室中心點(diǎn)P的前方（面向電離輻射入射方向），如以r表示電離室腔內(nèi)半徑，高能X射線和60Co產(chǎn)生的射線，Peff位于0.6r處，其中高能電子束為0.5r。

3.2 醫(yī)用電子直線加速器劑量監(jiān)測儀讀數(shù)的刻度及處方劑量計(jì)算

3.2.1 劑量監(jiān)測儀讀數(shù)的刻度

對于加速器上的劑量儀，一般使參考射野在標(biāo)稱源皮距SSD或源軸距SAD處，標(biāo)定成1 cGy=MU，MU為加速器劑量儀的監(jiān)測跳數(shù)。在標(biāo)稱治療距離SSD=100 cm，水模表面光野為10 cm×10 cm，電離室的軸與射線軸垂直。中心軸上水中校準(zhǔn)深度處，6 MV X線電離室有效測量點(diǎn)位于水下5 cm處，15 MV X線電離室有效測量點(diǎn)位于水下10 cm處。測量前，電離室在水模中至少要放置15 min，以保證溫度平衡。測量水模體內(nèi)溫度T=25.8℃，環(huán)境大氣壓P=100.9 kPa，輸入劑量儀。開機(jī)出射線，從劑量儀表上讀取3～5個(gè)讀數(shù)，并得出儀表平均讀數(shù)M。中心軸上校準(zhǔn)點(diǎn)處的水的吸收劑量D（m）（Peff）（Gy）的計(jì)算為：

式中，M為經(jīng)過空氣密度、濕度、離子復(fù)合修正后的劑量儀的平均讀數(shù)，單位為Q/kg；Nx為電離室照射量校正因子，RT-100劑量儀為0.964；W/e為在空氣中形成每對離子（其電荷為1個(gè)電子的電荷）所消耗的平均能量值取33.97 J/C；Katt為校準(zhǔn)電離室時(shí)，電離室室壁及平衡帽對校準(zhǔn)輻射的吸收和散射的修正，RT-100劑量儀為0.99；KM為電離室室壁及平衡帽的材料對校準(zhǔn)輻射空氣等效不充分而引起的修正，RT-100劑量儀為0.99；SW，AIR為校準(zhǔn)深度水對空氣的平均阻止本領(lǐng)比，6 MV時(shí)，水中校準(zhǔn)深度為 5 cm，SW，AIR為 1.119；15 MV 時(shí)，水中校準(zhǔn)深度為 10 cm，SW，AIR為 1.099；PU為擾動修正因子，RT-100 劑量儀為圓柱形電離室，室壁為石墨，6MV時(shí)，PU為0.994；15MV時(shí)，PU為0.997；PCEL為中心電極的影響，其數(shù)值取1。

調(diào)整加速器劑量電位器，使：

式中，6 MV時(shí)，PDD校為表面野10 cm×10 cm，水下5 cm處的百分深度量；15 MV時(shí)，PDD校為表面野10 cm×10 cm，水下10 cm處的百分深度量。

源皮距SSD照射處方劑量可由靶區(qū)（腫瘤）劑量DT（單位為cGy）計(jì)算出處方劑量Dm，此時(shí)，處方劑量是以MU為單位表示的劑量，計(jì)算公式為：

式中，Dm為處方劑量；DT為腫瘤劑量；PDD為中心軸百分深度量；SP（FSZ）模體散射因子，F(xiàn)SZ為表面射野大?。籓UF（FSZ0）為射野輸出因子，F(xiàn)SZ0為等中心處的射野大小。

FSZ0=FSZ·（SAD/SSD）， 如果射野輸出因子OUF在SAD 測量，同時(shí) SSD=SAD 時(shí)，F(xiàn)SZ0=FSZ。SP（FSZ）=[Sc，p/OUF（FSZ0）]，Sc，p=SP（FSZ）·OUF（FSZ0），Sc，p為準(zhǔn)直器和模體造成的總散射因子。SSDF=[SCD/（SSD+dM）]2，式中SCD為校準(zhǔn)測量時(shí)源到電離室有效點(diǎn)的距離，因?yàn)闇y量是在標(biāo)稱治療距離SSD=100 cm 處進(jìn)行，所以SSDF=[（100+1.5）/（100+1.5）]2=[（100+3）/（100+3）]2=1。TF為托盤因子，無托盤時(shí)取1；WF為楔形因子，無楔形板時(shí)取 1。上式變?yōu)镈m=DT/（PDD·Sc，p·TF·WF）。

3.2.2 源軸距SAD等中心給角照射處方劑量計(jì)算

計(jì)算方法為：

式中，TMR（d，F(xiàn)SZd）為組織最大劑量比；OUF為射野輸出因子，因在SAD測量，同 時(shí)SSD=SAD，所 以 有Sc，p=SP（FSZ）·OUF（FSZ0）；SADF=（SCD/SAD）2，SCD為在標(biāo)稱源皮距SSD處刻度時(shí)，源到電離室有效點(diǎn)的距離，對于6 MV，SADF=[（100+1.5）/100]2=1.030； 對于 15 MV，SADF=[（100+3）/100]2=1.061。（8）式變?yōu)椋?/p>

3.3 數(shù)據(jù)的處理

通常測量時(shí)，一般都可估計(jì)到最小刻度的十分位，故在記載一個(gè)數(shù)量時(shí)只應(yīng)保留1位不準(zhǔn)確的數(shù)字，其余數(shù)字均為準(zhǔn)確數(shù)字，記載的這1數(shù)字均為有效數(shù)字。數(shù)字應(yīng)以10的次方前面的數(shù)字代表有效數(shù)字。如12 000 m寫為1.2×104m則表示有效數(shù)字為2位，寫為1.20×104m則表示有效數(shù)字為3位，其余以此類推。記錄測量數(shù)值時(shí)，只應(yīng)保留1位不準(zhǔn)確的數(shù)字。除非另有規(guī)定外，可疑數(shù)字表示末位上有±1個(gè)單位，或下一位有±5個(gè)單位的誤差。當(dāng)有效數(shù)字位數(shù)確定后，其余數(shù)字一律棄去。即末位有效數(shù)字后的第一位大于5進(jìn)1；小于5棄去；等于5時(shí)，前一位為奇數(shù)則加1，為偶數(shù)則棄去。若第一位有效數(shù)字大于等于8，則有效數(shù)字位數(shù)可多計(jì)一位。如9.13可作四位計(jì)算。加、減計(jì)算各數(shù)保留小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)以最少的為準(zhǔn)。乘、除計(jì)算各數(shù)保留小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)以最少的或百分誤差最大的為準(zhǔn)。所得商或積的精確度不應(yīng)大于精確度最小的因子。如 0.012 1×25.64×1.057 82 中 0.0 121 的百分誤差為 1/121=0.8%、25.64 的百分誤差為 0.04%、1.057 8 的百分誤差為 0.000 09%。應(yīng)以最大的百分誤差0.8%的數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)定其他數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)。例題中的有效數(shù)字取 3 位，0.012 1×25.64×1.057 82=0.0121×25.6×1.06=0.382。對數(shù)計(jì)算，所取對數(shù)位數(shù)應(yīng)與真數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相等。求平均值，大于等于4個(gè)數(shù)的平均值可增加一位有效數(shù)字。所有計(jì)算中，常數(shù)等需要幾位就取幾位。表示精確度時(shí)，在大多數(shù)情況下，只取一位有效數(shù)字已足，最多取兩位有效數(shù)字[2]。

4 討論

對于吸收劑量的測量，目前在現(xiàn)場應(yīng)用的有電離室法、熱釋光法、半導(dǎo)體法以及膠片法等；在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的有量熱法和化學(xué)劑量法等。以上方法各有特點(diǎn)，電離室因具有測量準(zhǔn)確、能量響應(yīng)好、靈敏度高、性能穩(wěn)定及操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，被國際權(quán)威性學(xué)術(shù)組織和國家技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)確定為用于放射治療吸收劑量校準(zhǔn)和日常監(jiān)測的主要方法。放射治療中，人體組織所接受的電離輻射的吸收劑量，一般是通過組織替代水模體中的吸收劑量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，對吸收劑量的校準(zhǔn)，一般都是在水模體中進(jìn)行。放療中吸收劑量的測量是臨床輻射劑量學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，須嚴(yán)格按照IAEA TRS-277“高能光子和電子束吸收劑量的測定”的內(nèi)容，對加速器和60Co治療機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的X（Γ）射線及電子束在水模體中的吸收劑量進(jìn)行測算。測量前，電離室在水模中至少要放置15 min，以保證溫度平衡。劑量儀預(yù)熱后，在無輻射條件下，在最靈敏檔進(jìn)行零點(diǎn)漂移、開路噪聲及漏電的檢查。要求漏電給測量帶來的誤差小于1%。保持在清潔、防潮、防震環(huán)境中，最好把電離室存放在干燥皿中。連接電離室需關(guān)閉儀器電源。電纜不可踏踩，接頭必須配套、接牢，否則誤差可達(dá)5%～10%。測量時(shí)，劑量均勻部分的大小應(yīng)是電離室截面的2～3倍，否則，應(yīng)作相應(yīng)的劑量梯度校正。電離室的室壁薄而脆，勿壓、碰和擅自拆卸，否則，應(yīng)重新標(biāo)定。

IAEA TRS-398[3]的推出為醫(yī)用電子直線加速器劑量校準(zhǔn)提供了新的方法。主要特點(diǎn)是基于吸收劑量校準(zhǔn)因子替代基于照射量的校準(zhǔn)因子，即將絕對劑量測量由使用空氣中的校正因子改為使用水中的校正因子，具有更多優(yōu)點(diǎn)而成為醫(yī)用電子直線加速器劑量校準(zhǔn)的發(fā)展趨勢[4]。這使得校正因子更加簡單，而且更加接近用戶現(xiàn)場測量實(shí)際情況。應(yīng)該注意的是，在TRS-398中如果使用指形電離室對60CO γ射線、高能光子束、治療用的質(zhì)子束的測量中電離室的空腔擾動因子Pdis被用在計(jì)算不同射線質(zhì)的校正因子KQQ0中。而TRS-277認(rèn)為電離室中心所收集的電離電荷，是源于它前方的某點(diǎn)產(chǎn)生的次級電子，有必要定義電離室的有效測量點(diǎn)Peff，以修正電離室氣腔內(nèi)電離輻射的注量梯度變化。有效測量點(diǎn)Peff位于電離室中心點(diǎn)P的前方（面向電離輻射入射方向），如以r表示電離室腔內(nèi)半徑，高能X射線和60Co產(chǎn)生的射線，Peff位于0.6 r處；高能電子束為0.5 r。TRS-398對絕對劑量的測量作了非常詳細(xì)的描述，高能光子、高能電子、kV級X射線、質(zhì)子以及重粒子的測量有明確的測量方法，在使用時(shí)更加簡單明了，同時(shí)在計(jì)算校正因子時(shí)考慮更加全面，使得測量劑量時(shí)減少了不確定性。目前，TRS-398已在許多發(fā)達(dá)國家使用，但我國還不能按照IAEA的要求提供相關(guān)的校正因子，有條件的地方可使用IAEA TRS-398。

一個(gè)腫瘤放療科應(yīng)至少有2臺電離室型劑量儀，一臺作為參考劑量儀，另一臺作為現(xiàn)場劑量儀。參考劑量儀只用來校對治療科內(nèi)其他的現(xiàn)場劑量儀。如果醫(yī)院不具備有參考劑量儀的條件，建議在購買現(xiàn)場劑量儀時(shí)至少買2個(gè)電離室，其中一個(gè)作為參考電離室，另一個(gè)作為測量電離室。現(xiàn)場劑量儀為日常用的劑量儀，作為校準(zhǔn)治療機(jī)劑量儀和劑量測量用，這種劑量儀只需要與參考劑量儀進(jìn)行比對。2種劑量儀均用標(biāo)準(zhǔn)源對其長期穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，如果沒有標(biāo)準(zhǔn)源，可用60Co機(jī)的鈷源代替。穩(wěn)定性檢查的頻率決定于劑量儀的使用頻率。參考劑量儀應(yīng)在與次級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對前或后，或在校對現(xiàn)場劑量儀之前進(jìn)行穩(wěn)定性檢查；現(xiàn)場劑量儀應(yīng)至少每月一次穩(wěn)定性檢查，至少每年或修理后或穩(wěn)定性檢查發(fā)現(xiàn)變化超過±2%時(shí)，應(yīng)與參考劑量儀進(jìn)行比對[5]。為保證測量值的準(zhǔn)確可靠和量值的統(tǒng)一，所使用的參考劑量儀必須定期與國家一級標(biāo)準(zhǔn)或次級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對（或稱校準(zhǔn)、刻度、檢定，就是把現(xiàn)有劑量儀的電離室與標(biāo)準(zhǔn)劑量儀的電離室放在標(biāo)準(zhǔn)輻射場的同一等效點(diǎn)上，在標(biāo)準(zhǔn)氣溫、氣壓環(huán)境中作測量結(jié)果的比較），給出60～250 kV X射線及60Co射線的照射量校準(zhǔn)因子。在60Co射線校準(zhǔn)時(shí)，電離室應(yīng)加上平衡帽。使用儀器前，應(yīng)按照儀器說明書的要求檢測儀器的穩(wěn)定性；然后檢測儀器的漏電，零點(diǎn)漂移等，使其對測量值的影響在1%以內(nèi)。如果不符合要求，要查明原因排除故障。儀器修好后，必須送國家一級標(biāo)準(zhǔn)或次級標(biāo)準(zhǔn)重新校準(zhǔn)。全自動三維水箱每年或在作新的數(shù)據(jù)測量之前對水箱中探頭到位和重復(fù)性進(jìn)行檢查，其允許精度為±1 mm。

醫(yī)用加速器也需要一定時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到穩(wěn)定輸出，這種起始特性將直接影響授予患者的劑量。國際原子能機(jī)構(gòu)和世界衛(wèi)生組織在檢測各放療單位放射治療機(jī)的劑量時(shí)，讓放療單位給出照射時(shí)間使校準(zhǔn)深度處吸收劑量為2 Gy，所以我認(rèn)為用校準(zhǔn)深度處吸收劑量為2 Gy來計(jì)算吸收劑量率更科學(xué)、更準(zhǔn)確[6]。

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（收稿：2010-04-20）

Quality Assurance and Quality Control for Determination of Exported Dose for High Energy X-Ray on Medical Electron Linear Accelerator

ZENG Zi-li
(Department of Oncology,Liutie Central Hospital,Liuzhou,Guangxi Zhuang Autonomous Region 545007,China)

R318.6

A

1003-8868（2011）02-0104-03

廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生廳課題（Z2010134）

曾自力（1965-），男，四川廣安人，主任，副主任技師，主要從事腫瘤放射物理及精確放療技術(shù)方面的研究工作，E-mail：gxzzl@sina.com。