放射治疗高能光子束和电子束不同吸收剂量校准方法的比较

李磊，杨波，石翔翔

西南医科大学附属医院 肿瘤科，四川 泸州 646000

引言

医用加速器高能光子束和电子束输出剂量校准是放射治疗质量控制的重要项目之一，也是肿瘤剂量能够精确给予的前提[1]。理论上来讲，人体不同部位的组织的组分和电子密度等参数与水是有一定差异的，需要分别对其进行加速器输出剂量校准，才能确保相应组织在同样的辐射场中接收到最精确的剂量。但实际上考虑到人体组织结构的复杂性和差异性，要想实现不同组织的加速器输出剂量校准是不太现实也不具备推广价值的。在放射治疗的理论框架中，水被视为人体易得、最廉价的组织替代材料，因此基于水的加速器输出剂量校准是不同组织的加速器输出剂量校准更好的近似。

2000年国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）发布的第398号（TRS 398）技术报告[2]，推出了基于水吸收剂量校准因子的输出剂量校准规程。目前，主要发达国家已广泛开展基于水吸收剂量的加速器输出剂量校准。TRS398号报告发布以来，国内一些学者也进行了相关的研究工作[3-6]。特别是近几年来，中国计量科学研究院开展了诸多工作[7-11]，逐步建立并完善了60Co水吸收剂量国家标准，已经开展了基于TRS398号报告的剂量测试系统的校准服务。我国已有部分医院已经开始使用水吸收剂量校准因子进行加速器输出剂量校准，但主要集中在发达城市的大型医院，更多的地方医院仍使用的是基于IAEA发布的第277号（TRS277）报告的检定规程[12]，尚未开展基于水吸收剂量校准因子来校准加速器输出剂量[6]。对于临床工作的放疗物理师来说，不管运用哪一种校准规程，都应该搞清楚测量条件，运用正确的计算公式，弄明白各物理量的意义，并选取合适的参数值用以准确校准加速器输出剂量。本文拟梳理TRS277和TRS398号报告在测量条件和计算方面的差异，并对测量结果的进行比较，为即将开展相关工作的基层医院提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

我院使用的ELEKTA precise电子直线加速器拥有6、10和15 MV三档能量光子束和6、9、12、15、18和20 MeV六档能量电子束。测量设备有30 cm×30 cm×30 cm水箱，UNIDOSE剂量仪及PTW30013 Famer电离室、温度计、气压表。测量模体为自来水。其中，PTW30013电离室基本技术参数为：气腔体积0.6 cm3，气腔半径3.05 mm，室壁为0.335 mm厚聚甲基丙烯酸甲酯（1.19 g/cm3），中心电极为直径1.1 mm铝。

1.2 方法

本文对TRS277和TRS398推荐的光子束和电子束输出剂量校准的条件和计算公式的差异进行了梳理，查找并计算了吸收剂量计算所需参数的值，最后分别按照TRS277和TRS398对不同能量的光子束和电子束推荐的校准条件进行摆位测量。每个档位的射线重复测量5次并取平均值，然后将其转换到最大剂量深度处的吸收剂量值并记录下来，并计算出两者的相对偏差。每次测量都经过现场温度气压修正。

1.2.1 校准条件比较

光子束和电子束的校准条件比较，见表1～2。

表1 TRS277与TRS398推荐的光子束吸收剂量校准条件比较

表2 TRS277与TRS398推荐的电子束吸收剂量校准条件比较

1.2.2 计算公式比较

吸收剂量的计算公式比较如表3所示。

表3 TRS277与TRS398推荐的吸收剂量的计算公式比较

1.2.3 吸收剂量计算所需参数及值

本文所用电离室的Nk值为0.913，Katt和Km的乘积为0.973，ND,W值为5.358×107Gy/C，6、10和15 MV光子束的kQ值分别为 0.9897、0.9824和 0.9773，6、9、12、15、18和20 MeV电子束的kQ值分别为0.9202、0.9106、0.9045、0.8998、0.8966和0.8946。其余参数值通过前人研究并进行多项式拟合而得[13-14]，见表4～5。

表4 光子束吸收剂量计算所需参数及对应值

表5 电子束吸收剂量计算所需参数及对应值

2 结果

测量结果表明：光子束和电子束，都是依据TRS277的测定值比TRS398的测定值要更小；对于光子束，两个规程测得6、10和15 MV的吸收剂量相对偏差分别为-0.49%、-1.13%和-0.82%；对于电子束，两个规程测得6、9、12、15、18和20 MeV的吸收剂量相对偏差分别为-2.25%、-1.53%、-0.82%、-0.85%、-0.93%和-0.99%（表6）。

表6 吸收剂量测量结果比较

3 讨论

在日常临床工作中，通常使用指形电离室校准和监测光子束和电子束的吸收剂量。对医用加速器产生的MV级光子束和10 MeV以上的电子束而言，射线与人体组织或其等效模体相互作用时，散射相对较弱，注量扰动也较小，常用0.6 cc的指形电离室进行吸收剂量校准[15]。但对电子线而言，随着能量降低，散射本领迅速增强，注量扰动也随之变大且不确定性增加，因此对能量小于10 MeV的电子束，推荐使用平行板电离室进行吸收剂量校准[16]。由于设备条件限制，本文用0.6cc指形电离室测定6 MeV和9 MeV电子束，两个规程测得的结果偏差分别为-2.25%和-1.53%，部分原因可能是直接用扰动因子修正低能电子束注量扰动的不确定性会引入更大的不确定度，因此需要用平行板电离室进一步测定。

TRS277量值溯源到照射量基准或空气比释动能基准，即由国家标准实验室在空气辐射场中给出照射量因子Nx或空气比释动能因子Nk。Nx或Nk需要用与所用电离室相关的转换因子Katt和Km转换为空气吸收剂量校准因子ND,air。Katt和Km对同型号电离室存在个体差异，但在使用中往往忽略了这种个体差异。ND,air须经过水对空气的组织本领比Sw,air、扰动因子Pu和电离室中心收集极空气不完全等效校正因子Pcel才能计算出最终水介质中的剂量。Sw,air通过查找表格得出，但在实际使用过程中，射线质和组织本领比的值并没有直接反映在表格中，而是需要通过拟合或插值的方法计算而得，这就增加了用户方面的不确定度。不同能量的射线，不同材料的电离室对应的Pu值是不同的，但关于Pu值的资料有限，查找的值比较粗略。

TRS398直接溯源到水吸收剂量基准，即由国家标准实验室在水辐射场中给出水的吸收剂量校准因子ND,W。该基准不需要校正因子传递，只需要查找计算kQ值，不需要用户修正注量梯度扰动影响，也不需要Pcel因子，省去了用户参与查找计算过多的修正因子，降低了用户方面带来的不确定度。另外，基于水吸收剂量基准标定所用的辐射场与临床日常工作所用辐射场一致，降低了剂量标定的不确定度。