水吸收劑量計性能測試

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

自十九世紀發現射線以來，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，如使用放射性物質的輻照器和產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。

近年來，我國癌癥患者顯著增加，全國用于腫瘤治療的醫用加速器、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，給以適當的劑量照射，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，必須經過校準，建立治療時間或機器數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，在腔內引起氣體電離產生離子對，在極間電場作用下，電離離子定向移動形成電離電流，電離電流經靜電計放大，放大后的信號由AD轉換器轉換為數字信息，經控制單元處理后，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生，可在0～300V范圍內，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對劑量計的控制，完成劑量計參數的修改和劑量測量，實現劑量計參數和測量結果的上傳。

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、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，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。使用絕對測量的方法復現距焦點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

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溫度充分平衡，將劑量計內部定時設為60 s，測量劑量計60 s內的讀數。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；

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的讀數，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；

tr——參考點的設置時間；

Rr——達到參考測量時間時的讀數。

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 醫用光子束和電子束、60Co（137Cs）γ 射線、50～250MeV 質子束、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 管電壓時的輻射質下（其管電流和附加過濾與量值復現時相同），測量劑量計示值，各測量點的示值與該點的復現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下（180 kV的輻射質）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射線參考輻射質的響應之差，除以X射線參考輻射質的響應，得到X、γ射線的能量響應，測試結果見表4。

4 結束語

測試數據表明：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.醫用高能光子水吸收劑量測量規范TRS-277與TRS-398 比較[J].中國測試技術，2009（2）：14-17.

[4]張園月.醫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.