張園月，許詩朦，楊 乾

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

自十九世紀發(fā)現(xiàn)射線以來，許多天然放射性核素逐漸為人類所利用；隨著科技的發(fā)展和人們需求的提高，大量人工輻射源被研制出來，如使用放射性物質(zhì)的輻照器和產(chǎn)生輻照的機器或裝置。它們被廣泛用于輻射加工、輻射育種、新材料研究、公眾健康診斷及腫瘤治療等行業(yè)。

近年來，我國癌癥患者顯著增加，全國用于腫瘤治療的醫(yī)用加速器、60Co遠距離治療機、后裝近距離治療機等裝置有近2000臺。每天有大量的公眾接受放射診斷檢查或放射腫瘤治療。

放射腫瘤治療是利用輻射對癌細胞的作用，給以適當?shù)膭┝空丈?，抑制或殺死癌細胞，達到治療腫瘤的目的。治療時一方面要求有足夠多的劑量照射到腫瘤上，保證腫瘤被有效消滅或抑制；另一方面又希望照射的劑量盡量小，確保癌癥周圍正常組織少受到照射，降低正常組織的損傷，對腫瘤治療的要求非常嚴格。放射治療機治療患者前，必須經(jīng)過校準，建立治療時間或機器數(shù)與校準點水中吸收劑量的準確關系。該校準非常重要，是制定治療方案和治療計劃的基礎。

使用治療水平劑量計校準放射治療機的水中吸收劑量，校準值的準確與否取決于測量方法、劑量計的性能和溯源方式與途徑。測量的劑量計必須直接或間接溯源到國家基準，以保證量值的準確可靠。為保證量值的統(tǒng)一，我國建立了60～250 kV X射線和60Coγ射線照射量基準，并于近期將其分別改制為相應的空氣比釋動能基準，滿足了水中吸收劑量測量溯源的需要[1-2]，但與國際上相比也存在明顯局限。自2000年開始，國際上相繼建立了水吸收劑量基準，直接校準用于水中吸收劑量測量的劑量計，簡化了用戶水中吸收劑量的測量。目前我國還無法開展治療水平劑量計的水吸收劑量校準，為與國際接軌并提升國內(nèi)水吸收劑量的測量能力，中國測試技術研究院與加拿大合作研制60Coγ射線水吸收劑量絕對測量裝置，解決國內(nèi)水吸收劑量無法直接溯源的問題；同時，研制新的劑量計，提升其性能，為放射治療中水中吸收劑量的測量提供更好的手段[3-4]。

1 劑量計

9606B劑量計由靜電計、電源、MCU控制單元、AD轉換器、顯示單元、極化電壓單元、通信單元和電離室組成。劑量計可配接多種電離室，以滿足測量不同種類、能量范圍、劑量大小的射線需要。示意圖如圖1所示。

劑量計核心單元是靜電計，它是一個高增益負反饋放大器，具有極高的輸入阻抗和極小的偏置電流。電離室為指形電離室，空間為0.6 cm3，是充滿氣體的前端封閉的空腔，空腔也是電離室的外電極，其中心是收集極，兩極間加一定電壓。射線照射到電離室，在腔內(nèi)引起氣體電離產(chǎn)生離子對，在極間電場作用下，電離離子定向移動形成電離電流，電離電流經(jīng)靜電計放大，放大后的信號由AD轉換器轉換為數(shù)字信息，經(jīng)控制單元處理后，將其顯示出來或進一步送到上位機處理。

電離室極間電壓由極化電壓單元產(chǎn)生，可在0～300V范圍內(nèi)，以50V步進改變，且極化電壓極性可反轉，可同時滿足復合損失測量和極性效應測量的需要。通常將電離室極化電壓設為-300V。

上位機可通過通信單元實現(xiàn)對劑量計的控制，完成劑量計參數(shù)的修改和劑量測量，實現(xiàn)劑量計參數(shù)和測量結果的上傳。

圖1 劑量計原理框圖

吸收劑量測量的準確性與溯源、測量方法、測量過程和劑量計的品質(zhì)有關，劑量計的性能主要包括重復性、非線性、能量響應、漏電（零點漂移）等因素。

2 實驗設備

中能X射線空氣比釋動能絕對測量裝置（副基準級），由X輻射源、附加過濾、弱電流測量系統(tǒng)、基準電離室、定位平臺組成。X射線輻射源為德國YXLON公司生產(chǎn)MG325型，管電壓范圍為15～320 kV，出窗為3mmBe窗。通過改變附加過濾，在60～250 kV管電壓范圍建立相應的輻射質(zhì)，如表1所示，在距焦點1m處的測試平面上，其射野為φ10 cm。量值測量系統(tǒng)為平行平板型自由空氣電離室和基于湯遜補償法的弱電流測量系統(tǒng)。使用絕對測量的方法復現(xiàn)距焦點1m處的空氣比釋動能。電離室定位準確度＜0.5mm。

60Coγ射線空氣比釋動能（治療水平）標準裝置由60Coγ射線源、儲源室、準直器、定位平臺和標準治療水平劑量計組成，源的平均能量為1.25MeV，距源1m處野為φ10cm，電離室定位準確度＜0.5mm[5-6]。

90Sr監(jiān)督源：該源為90Srβ射線源，其半衰期為28.5年。

被測儀器：9606B劑量計。

3 測量方法和結果

3.1 重復性

表1 中能輻射質(zhì)

劑量計的主機與電離室相連，預熱15min，檢查漏電流，待漏電流符合要求后，取下電離室平衡帽，將電離室沿90Sr監(jiān)督源上的定位孔放入源室中，同時將溫度計從溫度計孔放入，靜置30min，等待電離室與源室內(nèi)溫度充分平衡，將劑量計內(nèi)部定時設為60 s，測量劑量計60 s內(nèi)的讀數(shù)。相同條件下重復測量10次，由下式以相對實驗標準偏差計算它的重復性，測試結果如表2所示。

表2 樣品的重復性

式中：Ri——第i次的讀數(shù)；

3.2 非線性

按重復性測量的方法安排測量儀器，在Low量程上進行測試，該量程滿量程為2.0000，分別在0.3000，0.500 0，1.0000，1.5000，1.8000 附近選擇 5 個點，以該量程中間點為參考點，參考重復性測量時每分鐘內(nèi)的讀數(shù)，計算示值累積到每個測量點的時間，逐一將每個測量點的測量時間設置到劑量計，測量每個測量時間段內(nèi)的示值，用下式計算每個測量點與參考點的相對誤差Vi值，用其中最大偏離值表示儀器的非線性，測量結果見表3[7]。

式中：ti——第i個測量點的設置時間；

Ri——達到第i個測量時間時的讀數(shù)；

tr——參考點的設置時間；

Rr——達到參考測量時間時的讀數(shù)。

3.3 能量響應

劑量計響應為劑量計測量示值與劑量約定真值的比，它與劑量率的大小、示數(shù)和入射射線的種類及能量有關。水吸收劑量計用于60～300kV X射線、2～50MV 醫(yī)用光子束和電子束、60Co（137Cs）γ 射線、50～250MeV 質(zhì)子束、100～450MeV/u重離子束的劑量測量，使用能量范圍寬[8-10]。在相同劑量（率）時，劑量計對不同能量的響應不一樣。劑量計的能量響應取決于電離室，其主要變化在60～300kV X射線和X射線與60Coγ射線能量段，分為X線能量響應和X、γ能量響應。

使用中能X射線空氣比釋動能絕對測量裝置測試劑量計的X射線能量響應。將被測劑量計置于場中，電離室置于復現(xiàn)量值位置，其測量點與量值參考點重合，分別在 60，100，135，180，250 kV 管電壓時的輻射質(zhì)下（其管電流和附加過濾與量值復現(xiàn)時相同），測量劑量計示值，各測量點的示值與該點的復現(xiàn)量值之比即為該點的響應，用其中最大響應值減去最小響應值，然后除以參考輻射質(zhì)下（180 kV的輻射質(zhì)）的響應，即得到該劑量計的X線能量響應。

表3 樣品的非線性

表4 樣品的能量響應

將劑量計置于60Coγ射線空氣比釋動能（治療水平）標準裝置輻射場中，其電離室置于1m處的測試平面上，測量劑量計的示值，測得的示值與該點的標準值比較，計算出60Coγ射線響應，用該響應與X射線參考輻射質(zhì)的響應之差，除以X射線參考輻射質(zhì)的響應，得到X、γ射線的能量響應，測試結果見表4。

4 結束語

測試數(shù)據(jù)表明：9606B劑量計的重復性小于0.1%，滿足JJG 912——2010《治療水平電離室劑量計》檢定規(guī)程和IEC 60731——2011《用于放射治療的電離室劑量計》中劑量計重復性應小于0.5%的要求；劑量計的非線性小于0.1%，滿足JJG 912——2010和IEC 60731——2011中要求該項指標小于±1%的要求；電離室的X線能量響應小于3.0%，滿足JJG 912——2010和IEC 60731——2011中該項指標不大于4%的要求；電離室的X與γ能量響應小于±1.5%，滿足JJG 912——2010和IEC 60731——2011中該項指標不大于±4%的要求。

[1]ICRU.International commission on radiation units and measurements determination of absorbed dose in a patient irradiated by beams of X or gamma rays in radiotherapy procedures[S].ICRU Report Bethesda，1976（24）.

[2]Absorbed Dose Determination in Photon and Electron Beams:An adaptation of the IAEA International Codes of Practice （2nd Edition）[S].IAEA Tech.Series No.277.Vienna:IAEA，1998.

[3]張園月.醫(yī)用高能光子水吸收劑量測量規(guī)范TRS-277與TRS-398 比較[J].中國測試技術，2009（2）：14-17.

[4]張園月.醫(yī)用電子束吸收劑量測量中的平行板電離室校準[J].中國測試技術，2009（3）：24-27.

[5]黃揚.X、γ射線照射量（治療水平）標準裝置技術研究[J].中國測試技術，2005（6）：32-35.

[6]JJG 589—2008外照射治療輻射源[S].北京：中國計量出版社，2008.

[7]JJG 912—2010治療水平電離室劑量計[S].北京：中國計量出版社，2010.

[8]IAEA.The use of plane-parallel ionization chambers in high-energy electron and photon beams.An International Code of Practice for Dosimetry[S].Technical Report Series no Vienna，IAEA，1997（381）.

[9]IAEA.Absorbed dose determination in external beam radiotherapy.An International Code of Practice for Dosimetry Based on Standards of Absorbed Dose to Water[S].Technical Report Series no，Vienna，IAEA，2000（398）.

[10]IAEA.An international code of practice for dosimetry based on absorbed dose to water IAEA Tech.Series No.398,Absorbed dose determination in external beam radiotherapy[S].Vienna IAEA，2004.

[11]IEC 60731—2011Medical electrical equipment-dosimeters with ionization chambers as used in radiotherapy[S].IEC，2011.