放射治療高能光子束和電子束不同吸收劑量校準(zhǔn)方法的比較

李磊，楊波，石翔翔

西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 腫瘤科，四川 瀘州 646000

引言

醫(yī)用加速器高能光子束和電子束輸出劑量校準(zhǔn)是放射治療質(zhì)量控制的重要項(xiàng)目之一，也是腫瘤劑量能夠精確給予的前提[1]。理論上來講，人體不同部位的組織的組分和電子密度等參數(shù)與水是有一定差異的，需要分別對其進(jìn)行加速器輸出劑量校準(zhǔn)，才能確保相應(yīng)組織在同樣的輻射場中接收到最精確的劑量。但實(shí)際上考慮到人體組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和差異性，要想實(shí)現(xiàn)不同組織的加速器輸出劑量校準(zhǔn)是不太現(xiàn)實(shí)也不具備推廣價值的。在放射治療的理論框架中，水被視為人體易得、最廉價的組織替代材料，因此基于水的加速器輸出劑量校準(zhǔn)是不同組織的加速器輸出劑量校準(zhǔn)更好的近似。

2000年國際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency，IAEA）發(fā)布的第398號（TRS 398）技術(shù)報告[2]，推出了基于水吸收劑量校準(zhǔn)因子的輸出劑量校準(zhǔn)規(guī)程。目前，主要發(fā)達(dá)國家已廣泛開展基于水吸收劑量的加速器輸出劑量校準(zhǔn)。TRS398號報告發(fā)布以來，國內(nèi)一些學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)的研究工作[3-6]。特別是近幾年來，中國計(jì)量科學(xué)研究院開展了諸多工作[7-11]，逐步建立并完善了60Co水吸收劑量國家標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)開展了基于TRS398號報告的劑量測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)服務(wù)。我國已有部分醫(yī)院已經(jīng)開始使用水吸收劑量校準(zhǔn)因子進(jìn)行加速器輸出劑量校準(zhǔn)，但主要集中在發(fā)達(dá)城市的大型醫(yī)院，更多的地方醫(yī)院仍使用的是基于IAEA發(fā)布的第277號（TRS277）報告的檢定規(guī)程[12]，尚未開展基于水吸收劑量校準(zhǔn)因子來校準(zhǔn)加速器輸出劑量[6]。對于臨床工作的放療物理師來說，不管運(yùn)用哪一種校準(zhǔn)規(guī)程，都應(yīng)該搞清楚測量條件，運(yùn)用正確的計(jì)算公式，弄明白各物理量的意義，并選取合適的參數(shù)值用以準(zhǔn)確校準(zhǔn)加速器輸出劑量。本文擬梳理TRS277和TRS398號報告在測量條件和計(jì)算方面的差異，并對測量結(jié)果的進(jìn)行比較，為即將開展相關(guān)工作的基層醫(yī)院提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

我院使用的ELEKTA precise電子直線加速器擁有6、10和15 MV三檔能量光子束和6、9、12、15、18和20 MeV六檔能量電子束。測量設(shè)備有30 cm×30 cm×30 cm水箱，UNIDOSE劑量儀及PTW30013 Famer電離室、溫度計(jì)、氣壓表。測量模體為自來水。其中，PTW30013電離室基本技術(shù)參數(shù)為：氣腔體積0.6 cm3，氣腔半徑3.05 mm，室壁為0.335 mm厚聚甲基丙烯酸甲酯（1.19 g/cm3），中心電極為直徑1.1 mm鋁。

1.2 方法

本文對TRS277和TRS398推薦的光子束和電子束輸出劑量校準(zhǔn)的條件和計(jì)算公式的差異進(jìn)行了梳理，查找并計(jì)算了吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)的值，最后分別按照TRS277和TRS398對不同能量的光子束和電子束推薦的校準(zhǔn)條件進(jìn)行擺位測量。每個檔位的射線重復(fù)測量5次并取平均值，然后將其轉(zhuǎn)換到最大劑量深度處的吸收劑量值并記錄下來，并計(jì)算出兩者的相對偏差。每次測量都經(jīng)過現(xiàn)場溫度氣壓修正。

1.2.1 校準(zhǔn)條件比較

光子束和電子束的校準(zhǔn)條件比較，見表1～2。

表1 TRS277與TRS398推薦的光子束吸收劑量校準(zhǔn)條件比較

表2 TRS277與TRS398推薦的電子束吸收劑量校準(zhǔn)條件比較

1.2.2 計(jì)算公式比較

吸收劑量的計(jì)算公式比較如表3所示。

表3 TRS277與TRS398推薦的吸收劑量的計(jì)算公式比較

1.2.3 吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)及值

本文所用電離室的Nk值為0.913，Katt和Km的乘積為0.973，ND,W值為5.358×107Gy/C，6、10和15 MV光子束的kQ值分別為 0.9897、0.9824和 0.9773，6、9、12、15、18和20 MeV電子束的kQ值分別為0.9202、0.9106、0.9045、0.8998、0.8966和0.8946。其余參數(shù)值通過前人研究并進(jìn)行多項(xiàng)式擬合而得[13-14]，見表4～5。

表4 光子束吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)及對應(yīng)值

表5 電子束吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)及對應(yīng)值

2 結(jié)果

測量結(jié)果表明：光子束和電子束，都是依據(jù)TRS277的測定值比TRS398的測定值要更小；對于光子束，兩個規(guī)程測得6、10和15 MV的吸收劑量相對偏差分別為-0.49%、-1.13%和-0.82%；對于電子束，兩個規(guī)程測得6、9、12、15、18和20 MeV的吸收劑量相對偏差分別為-2.25%、-1.53%、-0.82%、-0.85%、-0.93%和-0.99%（表6）。

表6 吸收劑量測量結(jié)果比較

3 討論

在日常臨床工作中，通常使用指形電離室校準(zhǔn)和監(jiān)測光子束和電子束的吸收劑量。對醫(yī)用加速器產(chǎn)生的MV級光子束和10 MeV以上的電子束而言，射線與人體組織或其等效模體相互作用時，散射相對較弱，注量擾動也較小，常用0.6 cc的指形電離室進(jìn)行吸收劑量校準(zhǔn)[15]。但對電子線而言，隨著能量降低，散射本領(lǐng)迅速增強(qiáng)，注量擾動也隨之變大且不確定性增加，因此對能量小于10 MeV的電子束，推薦使用平行板電離室進(jìn)行吸收劑量校準(zhǔn)[16]。由于設(shè)備條件限制，本文用0.6cc指形電離室測定6 MeV和9 MeV電子束，兩個規(guī)程測得的結(jié)果偏差分別為-2.25%和-1.53%，部分原因可能是直接用擾動因子修正低能電子束注量擾動的不確定性會引入更大的不確定度，因此需要用平行板電離室進(jìn)一步測定。

TRS277量值溯源到照射量基準(zhǔn)或空氣比釋動能基準(zhǔn)，即由國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在空氣輻射場中給出照射量因子Nx或空氣比釋動能因子Nk。Nx或Nk需要用與所用電離室相關(guān)的轉(zhuǎn)換因子Katt和Km轉(zhuǎn)換為空氣吸收劑量校準(zhǔn)因子ND,air。Katt和Km對同型號電離室存在個體差異，但在使用中往往忽略了這種個體差異。ND,air須經(jīng)過水對空氣的組織本領(lǐng)比Sw,air、擾動因子Pu和電離室中心收集極空氣不完全等效校正因子Pcel才能計(jì)算出最終水介質(zhì)中的劑量。Sw,air通過查找表格得出，但在實(shí)際使用過程中，射線質(zhì)和組織本領(lǐng)比的值并沒有直接反映在表格中，而是需要通過擬合或插值的方法計(jì)算而得，這就增加了用戶方面的不確定度。不同能量的射線，不同材料的電離室對應(yīng)的Pu值是不同的，但關(guān)于Pu值的資料有限，查找的值比較粗略。

TRS398直接溯源到水吸收劑量基準(zhǔn)，即由國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在水輻射場中給出水的吸收劑量校準(zhǔn)因子ND,W。該基準(zhǔn)不需要校正因子傳遞，只需要查找計(jì)算kQ值，不需要用戶修正注量梯度擾動影響，也不需要Pcel因子，省去了用戶參與查找計(jì)算過多的修正因子，降低了用戶方面帶來的不確定度。另外，基于水吸收劑量基準(zhǔn)標(biāo)定所用的輻射場與臨床日常工作所用輻射場一致，降低了劑量標(biāo)定的不確定度。