淺析醫用加速器輻射劑量測量儀的現狀及發展

楊旭，王劍剛，賀新穎，馬爽，韓薇

吉林大學 生物醫學工程系，吉林長春 130062

0 前言

隨著國內腫瘤發病率上升，越來越多的醫院面臨著腫瘤治療的問題。醫用直線加速器是腫瘤放射治療的必備儀器，在應用加速器的同時，加速器的輻射劑量問題也是日益突出。因此，預防輻射對人體的傷害和對環境的污染等問題受到廣泛關注。輻射劑量測量儀以測量吸收劑量為主，輔以加速器其他方面的監測工作，進而控制了放射治療過程中諸項問題的產生。目前，國內加速器輻射劑量測量儀的研制采用了多種探測方法，主要有3種類型，見圖1。常用的輻射測量探測元件有電離室探測器，G-M計數探測器，半導體探測器和熱釋光探測器[1-2]，本文對4種探測元件從工作原理、功能特性、優缺點、現狀與發展等方面進行分析比較。

1 輻射劑量測量儀的基礎理論

1.1 輻射劑量測量儀基本原理對比（表1）

1.2 輻射劑量測量儀優缺點對比（表2）

1.3 輻射劑量測量儀影響因子對比（表3）

圖1 輻射劑量測量儀的種類

表1 各種輻射劑量測量儀基本原理對比

表2 各種輻射劑量測量儀優缺點對比

表3 各種輻射劑量測量儀影響因子對比

2 國內、外輻射劑量測量儀的現狀與發展

2.1 電離室探測器的現狀與發展

電離室探測器廣泛地應用于輻射加工、放射治療、個人防護和環境監測等領域的劑量測量，特別是在放射治療中，準確的劑量測量是放射治療質量保證的重要手段。2000年楊震，崔宏建[3]介紹了仿FARMER電離室劑量儀的構造原理及使用中應注意的事項。2003年陳靖等[4]研制出一種由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數據分析、過程通訊及圖形用戶界面軟件組成的新型電離室劑量計，實現了使用方便、性能穩定、可靠性高、適用范圍廣泛的目標。2005年沈春花[5]通過不同型號的診斷X射線劑量檢測方法，比較分析了電離室與半導體技術的輻射劑量的探測，得出美國生產的RADCAL-9095新增加了管電流及非介入式mAs的測量。有利于診斷X射線輻射品質的進一步提高，代表了目前X射線劑量探測技術的發展方向。2008年蔣艷君等[6]學者采用Farmer劑量儀進行加速器輸出劑量穩定性的監測，結果表明Farmer劑量儀是全身照射中輸出劑量穩定性監測的有力工具。2009年王小平等[7]采4種不同電離室探測器，按IAEA TRS398和TRS227號報告進行測量分析得出，采用不同的計量儀和不同的測量規程得到的結果基本相同，且測量誤差復合國標要求。

2.2 G-M計數探測器的現狀與發展

1928年，蓋革和彌勒發明了蓋革計數管即：蓋革-彌勒計數管縮寫為G-M計數管。蓋革計數管可用來檢測各種物質和周圍環境的放射性，甚至可以勘探到鈾礦樣品，蓋革計數管還可以檢測到地下的氡。把G-M計數管做成一種高精度的探測器，如G-M計數探測器是智能型袖珍儀器，它采用最新的功能較強的單片機技術[8]制作而成，主要用來監測X射線和γ射線等[9]，能夠及時提醒工作人員注意安全[10]。岳清宇等[11]介紹并分析了G-M計數管適用于環境γ輻射連續監測的特點和存在的主要問題，討論了G-M計數管用于環境連續監測的許多可取之處，并進一步研究改進和發展。2009年石會路[12]等學者采用蓋革—彌勒計數管研制出一種基于單片機設計的小型高靈敏度γ劑量率監測儀，研究表明該儀器本靈敏度高、穩定性好，不僅可以準確記錄γ射線劑量和及時報警，而且能夠實現輻射防護最優化目標。同年王俊華等[13]統以89S51單片機為核心，研制出一種具有自動檢測、自動分類、自動顯示、多種聲響提示和故障自動診斷等功能的微型檢測儀器，且該儀器能夠有效地防止輻射對人產生的傷害。

2.3 半導體探測器的現狀與發展

2001年趙士安及歐向明等[14]研制出一種可提供劑量測量（0.001～9999mGy），劑量率測量（0.001～9999mGy/s）和曝光時間測量（0.001～9999s）的RD298智能型放射診斷X射線劑量儀。2004年趙士安及歐向明[15]對RD-98半導體探測器采用與標準電離室比對的方法進行劑量學性能研究。結果表明，RD-98半導體探測器的能量響應好于5%，具有卓越的輻射響應線性和抗沖擊等特性，符合IEC作為診斷X射線劑量儀探測器的劑量學要求。2005年徐建一等[16]介紹了最新研制的TQ-2000型多通道劑量儀，研究表明它與體模配套使用，能夠滿足全身照射（TBI）測量和劑量分布（IMRT）測量的要求。2005年歐向明等[17]通過對RD298智能型診斷X射線劑量儀、瑞典的RTI Solidose R2400、德國的PTWDIADOS診斷 X射線劑量儀以及美國的Radcal-9010的能量響應特性進行比較分析得出國產的RD298診斷劑量儀與進口劑量儀能量響應性能均符合IEC要求，且半導體探測器的能響特性與電離室劑量儀沒有差別，進而推斷出半導體探測器劑量儀替代電離室診斷X射線劑量儀的發展趨勢。2006年吳愛東等[18]通過對P2型電子束半導體探測器在不同的電子束照射條件下的實際劑量測量，定量地評估了不同照射條件下電子束半導體探測器的劑量特性及其對電子束均勻照射野擾動的影響。研究表明半導體探頭作為電子束的實時劑量驗證不宜多次使用，因為探頭的擾動效應和陰影效應影響電子束射野表淺部深度的劑量分布，最終影響腫瘤的治療療效。2008年蔣艷君等[6]采用X線全身照射用多通道半導體劑量儀對23例患者進行實時劑量監測，結果表明多通道半導體劑量儀適合用于全身放射治療患者體表的實時劑量監測。

2.4 熱釋光探測器的現狀與發展

熱釋光探測器廣泛應用于輻射防護、放射醫學、放射生物學、地質學、考古學和環境保護等領域。個人計量檢測（TLD），用于放射性工作人員的個人劑量監測等方面，也獲得了廣泛的應用。但是，個人劑量監測技術的發展經過膠片和熱釋光現已發展到了探側材料采用的是Al2O3：C晶體的光致發光技術[19]。1999年趙建興等[20]改進了RGD3型熱釋光劑量儀，在標準光源穩定性、數據分散性以及發光曲線測讀效果等方面都有了較明顯的改善和提高。2004年馬永忠等[21]使用RTS-200二維掃描水箱、ELEKTA Precise醫用電子直線加速器及RGD-3B熱釋光劑量測量儀等設備進行了GR-200A熱釋光探測器對電子線劑量測量的最佳條件的研究，結果表明，GR-200A熱釋光探測器可初步實現放射治療劑量和個人劑量當量的測量，在醫用高能電子線劑量測量中有一定的實用價值。2004年李寶廷等[22]對熱釋光劑量計和熱釋光磷光體的能量響應、線性范圍等十幾項技術指標進行了敘述并對使用方法作了詳細介紹，結果表明正確的使用和進一步的開發熱釋光劑量計可以使其發揮更大的作用。2005年田崇彬等學者使用LiF（Mg，Cu，P）玻管探測器，檢測了X射線診斷受檢者的體表劑量。研究指出熱釋光測量將應用于放療、核醫學、以及介入治療等各種醫療照射之中[23]。2010年楊琳及周睿東[24]探討了熱釋光劑量測量的質量控制，研究表明熱釋光測量系統和探測器的穩定性、熱釋光探測器的分散性、測量系統刻度因子等直接影響到測量結果的準確性。因此在開展熱釋光劑量測量時要嚴格控制這些因素對測量結果的影響。2011年趙建興等[25]研制出了RGD6 型熱釋光儀，在功能設計、測量靈敏度及數據分散性等方面均能滿足熱釋光測量的性能要求。

3 展望

我國醫用加速器輻射劑量測量儀的開發與利用具有廣闊的前景，目前的輻射劑量儀無論從指標上還是功能上都需要進一步提高，我們需要提高輻射劑量儀的檢測電路的精度，能夠實現真實的反應測量值，還可以提高輻射劑量儀的功能特性，不僅是單一的測量，還可以更加智能化，如存儲測量的數據，建立數據庫，用曲線顯示測量的數據，與電腦聯機，進行遙控技術和打印等。輻射測量儀不僅可以測量加速器的輻射劑量也可以用與其他的領域，如個人輻射的防護及工作在一些輻射場合的人員，還可以用于探測礦物、石油、天然氣、稀有元素以及檢查管道泄露等很多領域，新型劑量測量儀仍具有較大的研發空間，我們還需要對劑量儀進一步的探究，從而促進我國劑量測量儀的蓬勃發展。

[1]岳清宇,王薇,盛沛茹.G-M計數管在環境γ輻射連續監測中的應用[J].輻射防護,2005,25(4):227-230.

[2]周偉,方方,李琳琳,等.一種新型便攜式輻射檢測儀的實現[J].核電子學與探測技術,2009,29(3):546-549.

[3]楊震,崔宏建.劑量儀工作原理及其使用[J].醫療設備信息,2000,(15)4:21-22.

[4]陳靖,張輝,楊元第.新型電離室劑量儀的研制[J].現代測量與實驗室管理,2003,11(1):12-14.

[5]沈春花.四種不同型號診斷X射線劑量儀的劑量探測技術概述[J].中國醫學裝備,2005,2(10):33-34.

[6]蔣艷君,申良方,童懿.X線全身放射治療中的實時劑量監測[J].中國醫學工程,2008,16(4):308-309.

[7]王小平,胡筱玉,胡海芹.X線劑量測量中IAEA TRS398 和TRS277號報告的比較[J].井岡山學院學報(自然科學),2009,30(2):102-103.

[8]沈建華,楊艷琴.MSP430序列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.

[9]范銳鋒.平能量響應銀活化探測器研制及其在強X、γ場中中子注量測量研究[D].綿羊:中國工程物理研究院,2004.

[10]梁炎昌,趙建.γ劑量率測量儀的研制[J].現代電子技術,2007,30(8):187-188.

[11]岳清宇,王薇,盛沛茹.G-M計數管在環境γ輻射連續監測中的應用[J].輻射防護,2005,25(4):227-230.

[12]石會路,庹先國,奚大順,等.高靈敏度γ劑量率監測儀的設計與研制[J].核電子學與探測技術,2009,29(2):312-315.

[13]王俊華,杜曉,周加超.基于89S51單片機的放射性劑量儀研制[J].核電子學與探測技術,2009,29(5):954-958.

[14]趙士安,歐向明,王作嶺,等.RD-98 智能型診斷X射線劑量儀的研制[J].中華放射醫學與防護,2001,21(1):50-52.

[15]趙士安,歐向明.RD-98半導體探測器的劑量學特性研究[J].中國輻射衛生,2004,13(1):71-72.

[16]徐建一,鄒緒春,張友德,等.TQ-2000型多通道劑量儀[J].中國測試技術,2005,31(6):136-138.

[17]歐向明,趙士庵.4種診斷X射線劑量儀能量響應的比較[J].中華放射醫學與防護,2005,25(2):159-160.

[18]吳愛東,陳義學,吳宜燦,等.P2型半導體探測器在放射治療中的劑量特性研究[J].原子核物理評論,2006,23(2):224-228.

[19]周程,崔揚.OSL在個人劑量監測的應用探討[J].核電子學與探測技術,2008,28(6):1066-1030.

[20]趙建興,王家祺,李元方,等.RGD3型熱釋光劑量儀的改進[J].核電子學與探測技術,1999,19(2):113-117.

[21]馬永忠,萬護,王時進,等.用GR-200A熱釋光探測器測量醫用高能電子線劑量[J].中國衛生工程學,2004,3(2):66-69.

[22]李寶廷,石二為,李順福.熱釋光劑量計的特性及使用方法[J].中國輻射衛生,2004,13(3):219-210.

[23]田崇彬,張欽富,程曉軍,等.熱釋光劑量計在輻射防護及醫療照射檢測中的應用[J].中國輻射衛生,2005,14(3):190-200.

[24]楊琳,周睿東.熱釋光劑量測量的質量控制[J].中國輻射衛生,2010,19(2):173-174.

[25]趙建興,王鋒,唐開勇,等.RGD6型熱釋光儀研制[J].核技術,2011,34(2):103-106.