直線加速器高能電子束劑量校準時應注意的若干問題及對策

【作 者】胡 杰，陶建民，張瑩， 張穎

上海市第十人民醫院 放療科 ，上海， 200072

現代放射治療常用高能電子束治療表淺腫瘤，如乳腺癌胸壁的照射[1]和鼻咽癌頸部淋巴結的照射[2]。電子束劑量計算精度是一個亟待解決的問題，它包括許多方面的因素，在算法方面Hogstrom K R、李建東和張鐵等分別作了不同的研究[3-5]。對放射治療單位而言, 劑量準確是患者接受治療的前提,國際衛生組織WHO對劑量校準的精度要求是必須好于2%[6]。為此，許多國際組織和各國的劑量機構頒布了一系列規定或報告，來統一和協調劑量校準。在國際上，國際原子能機構IAEA發布的第277號報告《光子和電子束中的吸收劑量測定》，已經作為劑量定標的通用標準[7]。在我國，國家質量技術監督局2001年發布的JJG589－2001號規程《外照射治療輻射源》規定的劑量校準方法，基本引用了IAEA 277號報告，其中的指標基本來源于277號報告中的數據[8]。但是在放射治療單位，由于從事這項工作的人員水平和理解方面的問題，則在劑量校準方面會有較大的偏差，尤其對高能電子束的劑量校準。本文通過解讀劑量校準的公式、數據計算方法，分析高能電子束劑量校準中存在的問題，提出我們的解決方法，供同行參考。

1 劑量計算公式及其相關因子的物理意義

高能電子束劑量校準的兩個基本公式是

該公式相關因子的物理意義：

ND是電離室空腔的吸收劑量校準因子；Mu是經過溫度、氣壓修正過的劑量儀讀數；Sw,air是校準深度處水對空氣的平均阻止本領比；Pu是擾動因子；Pcel是電離室中心收集極空氣不完全等效修正因子；Nx是計量檢定部門給出的照射量校準因子；W/e是在空氣中形成一對離子所消耗的平均能量，W/e=33.97J/kg；Katt是校準電離室時，電離室室壁及平衡帽對校準輻射的吸收和散射修正；Km是電離室室壁及平衡帽的材料對校準輻射空氣不完全等效而引起的修正。

修正系數Katt、Km,隨所用的電離室不同（主要是收集電極、壁材料不同）而有所變化，隨著現在用于放射治療校準電離室的品種和材料的增加，這兩項修正的乘積可以從0.950(EXRADIN 0.5 cm3)到0.990(CAPINTEC 0.65cm3PR0.6C)，變化幅度達4%。因此，引進對特定電離室的修正就顯得十分必要。但是，IAEA277號報告所提供的電離室的這兩項修正數據并不完善，尤其沒有收集國產電離室的數據，使得用國產劑量測量系統十分困難。如果計量檢定部門在檢定時直接向用戶給出空氣中吸收劑量校準因子ND，則這個問題將得到很好的解決。因此，我們建議對使用國產劑量測量儀器的單位，在劑量儀送質量技術監督部門強檢時，要求直接給出吸收劑量校準因子ND取代Nx，對臨床現場工作將更為方便有效，且直接給出ND并無技術困難。

2 高能電子束輻射質的測量

公式（1）中的Sw,air、Pu兩個因子依賴于校準深度處電子束的平均能量Ez，而電子束的能量在水介質中是逐步衰減的，必須首先測量電子束水表面的平均能量E0。要特別說明的是加速器出廠時的標稱能量，并不等于水表面的平均能量E0，因為不同加速器即使標稱能量相同，其表面能量E0的實際測量值也并不相同。筆者單位的加速器標稱能量12 Mev的電子束，表面能量實際測量值只有 11.5 Mev，標稱能量9 Mev的電子束，表面能量實際測量值為8.5 Mev，如果直接引用出廠標稱能量計算上述兩個因子，將引起較大的校準誤差。

電子束表面能量E0測量方法如下：源到水體模表面的距離為100 cm，20 cm*20 cm照射筒，每次測量機器跳數為100 MU；首先測量最大劑量點的吸收劑量Dm,然后測量半峰值吸收劑量的深度R50。可以參考加速器驗收時三維水箱掃描數據得到的R50，具體測量時先測量這個深度的吸收劑量，在此基礎上增加或減少水的深度，直到找到真實的吸收劑量的半峰值深度為止。然后通過查277號報告24頁TABLE Ⅳ，可得表面能量E0。在此要特別注意，不能使用公式E0=2.33*R50計算電子束的表面能量，該公式的使用條件是測量時必須固定源到電離室的距離為100 cm(SCD 100 cm)，兩者之間有一定的差別。同時測量能量時的照射野應盡可能大，一般要大于15 cm*15 cm。

3 Sw,air和Pu的計算

Sw,air根據前面測量得到的電子束表面能量E0和校準的深度，直接查IAEA277號報告48頁TABLE Ⅹ提供的數值表。

在計算擾動因子P u時，必須根據表面能量E0和校準深度z，計算校準點的電子束平均能量Ez[Ez=E0×(1-z/Rp)]，然后根據IAEA277號報告TABLE Ⅺ提供的數值表進行插值計算，在此特別指出，有很多物理師錯誤地根據表面能量E0直接查表計算Pu。例如，筆者單位12 MeV高能電子束的測量，按E0直接查表計算Pu為0.991，而實際上在校準深度2.5 cm處，Ez=12×(1-2.5/5.91)=6.9，查表Pu為0.972，Pu因子引起的校準誤差可達2%。如果Pu的誤差就有這么大，怎么能保證校準誤差好于2%呢？

4 關于中心收集極不完全等效修正因子Pcel

國家質量技術監督局2001年發布的JJG589－2001號規程《外照射治療輻射源》，已在大多數單位執行，其規定的劑量校準方法基本引用了IAEA 277號報告。但在該報告中對Pcel的說法存在一些問題，如第15頁對電子束的定標就明確說Pcel仍取1，而沒有限制條件。很明顯這是不對的，因為各種不同的電離室，其中心電極的材料和半徑各不相同，如果該材料不是空氣等效的，Pcel不可能等于1，必須引起放射物理師的注意。

實際上，根據IAEA的技術規范，只有中心收集極為空氣等效塑料和石墨做成的電離室，Pcel才為1。而對Farmer2571指型電離室，由于其收集極是鋁，中心收集極不完全空氣等效，修正因子Pcel實際上不再是1，而應該根據其半徑進行查表計算。根據IAEA277號報告TABLEⅪⅩ，中心收集極半徑0.5 mm時Pcel為1.008、收集極半徑1 mm時Pcel為1.015、收集極半徑1.5 mm Pcel為1.020、收集極半徑2 mm Pcel為1.032。可見，如果Pcel直接按1計算，將引起較大的校準誤差，最大達到3.2%，這么大的誤差是不可接受的。問題在于，不同批次的Farmer電離室，其結構尺寸并不相同。而國內大多數單位的劑量測量裝備是購買加速器時打包而來，很多用戶單位手上并沒有本單位電離室具體的結構圖和相關的參數，所以不知道該如何修正這個因子。我們的做法是，將電離室戴上平衡帽如圖1所示，固定在模擬機床上，其軸線與模擬機燈光野的中心軸線重合，盡量升床，以使透視下電離室在熒光屏上顯像最大，然后出光透視，在熒光屏上顯示放大的電離室圖像如圖2，通過模擬機標尺測量圖像上電離室外直徑Y'和收集極直徑X' ；然后用游標卡尺測量電離室的真實外直徑Y，則有：X/Y= X'/ Y',即X = Y· X'/ Y'。通過這種方法，我們可以得到收集極直徑X和半徑大小，就可以查表得到Pcel的值了。

圖1 電離室尺寸示意圖Fig.1 Size of ionization chamber

圖2 模擬機熒光屏上電離室影像示意圖Fig.2 Image of ionization chamber on simulator screen

5 測量水箱位置的確定

高能電子束的劑量校準一般采用電離室在水箱中進行測量，取30 cm×30 cm×30 cm的水箱，也有用40 cm×40 cm×40 cm的大水箱。校準時，先放水使電離室插孔的中心位于水表面下該電子束的校準有效深度處，并升降床，通過光學測距尺使得源到水表面的距離為 100 cm，即SSD=100 cm，然后插好電離室并連接劑量儀進行校準測量。但是我們發現在電子束校準時，存在這樣一種現象，由于校準深度較淺（一般小于3.5 cm），而升床較高，光學測距尺的燈光往往從機架方向打過來，有時先打到水箱的有機玻璃板折射后才達到水表面，而光線一旦發生折射，將改變原來的行進方向。因此，在這種情況下，光學測距尺在水表面指示的距離不再準確，不能繼續采用這種辦法來保證SSD=100 cm，這一點物理師在做校準工作時一定要引起重視，否則由于距離的錯誤將產生很大的校準誤差。對加速器而言，一般為了保證等中心照射的擺位，在加速器機房兩側和天花板上均安裝激光定位燈，其中兩側激光定位燈指示的水平面到源的距離就是100 cm。我們的做法是通過升降床使水箱水表面與兩側激光定位燈指示的水平面相重合，這樣既可確保校準時SSD=100 cm，又避免由于光學測距尺燈光折射而帶來的校準誤差。

6 關于校準結果

國際衛生組織WHO對劑量校準精度的要求是必須好于2%，因此100MU標準定標條件下校準點吸收劑量Dw實際測量值必須在98cGy～102cGy這一范圍，最好能控制在1%以內。如果超出這個范圍，必須由維修工程師及時進行調整，直到符合校準精度的要求為止。這項工作每個星期必須進行兩次以上。目前很多單位高年資的物理師只注重放射治療計劃的設計，而把劑量校準這項基本工作交給一些低年資的物理師，甚至一些剛工作的人員進行，我們認為這是不對的。標準定標條件下1MU=1cGy永遠是放射治療的基礎和前提保證，這個工作沒做好其它工作將沒有任何實際意義，在此我們也呼吁每個單位高年資的物理師，要親自做好這項工作。

[1] 叢也彤, 元波, 王兆平, 等. 乳腺癌術后胸壁電子線放射治療肺前緣的劑量分布[J]. 中國老年學雜志, 2007, 27(22): 2192-2193.

[2] 彭旭東, 葉榮,蘭海濤, 等. 鼻咽癌放療中頸部射野擺位技術的改進[J]. 西部醫學, 2009, 21(4): 640-642.

[3] Hogstrom K R, Almond P R. Review of electron beam therapy physics [J]. Phys Med Biol, 2006, 51(13): 455-489.

[4] 李建東, 張鐵, 康雁, 等. 電子束劑量計算的實現[J]. 中國醫學物理學雜志, 2009, 261: 937-941.

[5] 張鐵,李建東,王中文, 等. 電子筆形束算法中物理學參數的計算[J]. 東北大學學報（自然科學版）, 2008, 29(3): 437-440.

[6] World Health Organization. Quality Assurance in Radiotherapy[R]. Geneva: WHO, 1988.

[7] International Atomic Energy Agency. TRS 277 Absorbed Dose Determination in Photon and Electron Beams[R]. Vienna:IAEA, 1987.

[8] 國家質量技術監督局. JJG589－2001外照射治療輻射源[S]. 北京: 中國計量出版社, 2001.