醫(yī)用電子直線加速器輻射束吸收劑量標(biāo)定中校準(zhǔn)因子計(jì)算的微信小程序設(shè)計(jì)

楊志宇

福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院放療科 （福建福州 350001）

放射治療通過(guò)將不同能量的X（γ）線、高能電子線等照射于人體，使電離輻射與人體組織中的原子相互作用而達(dá)到治療目的，輻射線能量需在腫瘤組織中達(dá)到一定的吸收劑量才可有效滅殺腫瘤細(xì)胞，因此，醫(yī)用電子直線加速器輸出劑量的精確校準(zhǔn)是確保放射治療劑量精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)。世界衛(wèi)生組織規(guī)定，用于放射治療的X 線和電子線，絕對(duì)劑量校準(zhǔn)誤差應(yīng)在±2%范圍內(nèi)[1]。為了確保醫(yī)用電子直線加速器實(shí)際輸出劑量值的統(tǒng)一和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確，IAEA TRS 277號(hào)和TRS 398號(hào)報(bào)告及AAPM TG 51號(hào)技術(shù)報(bào)告中均有推薦的劑量標(biāo)定方法[2-4]。無(wú)論采用哪一種校準(zhǔn)規(guī)程，涉及的參數(shù)（轉(zhuǎn)換因子和修正因子）均較多，在劑量校準(zhǔn)計(jì)算過(guò)程中往往需要查表并進(jìn)行一維或二維的插值計(jì)算，而煩瑣的計(jì)算過(guò)程既費(fèi)時(shí)又易出錯(cuò)?；诖?，本研究根據(jù)IAEA TRS 277號(hào)和TRS 398號(hào)報(bào)告，采用微信開(kāi)發(fā)者工具設(shè)計(jì)一個(gè)微信小程序，用戶(hù)可根據(jù)自己需求選擇測(cè)量規(guī)程，幫助物理師理順各規(guī)程中轉(zhuǎn)換因子、修正因子的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用電子直線加速器輻射源標(biāo)定的吸收劑量校準(zhǔn)參數(shù)的快速自動(dòng)計(jì)算，縮短計(jì)算時(shí)間，避免人為因素出錯(cuò)，確保計(jì)算精度及可靠性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

TRS 277號(hào)報(bào)告中，射線質(zhì)水中參考深度處吸收劑量的計(jì)算公式如下：

TRS 398號(hào)報(bào)告中，射線質(zhì)水中參考深度處吸收劑量的計(jì)算公式如下：

以上計(jì)算公式中，Mun為未經(jīng)校正后的電離室劑量?jī)x的讀數(shù)；KTP為溫度氣壓修正因子；Kpol為電離室的極化效應(yīng)修正因子；Kelec為靜電計(jì)修正因子；Ks為電離復(fù)合效應(yīng)修正因子；NX為照射量校準(zhǔn)因子，NK為空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)因子，ND,w,Q0為60Co 輻射場(chǎng)中水里校準(zhǔn)因子，這三個(gè)參數(shù)的值由計(jì)量院檢測(cè)部門(mén)提供；Dw為吸收劑量，單位為cGy，其中，在計(jì)算吸收劑量時(shí)，NX需乘以倫琴?lài)?guó)際單位換算因子2.58×10-4C/kg；為空氣的平均電離能轉(zhuǎn)換成電離輻射所沉積的能量（吸收劑量），其值為33.97 J/C；g 為次級(jí)帶電粒子韌致輻射損失的那部分能量，一般取0.003；Km為電離室材料空氣不完全等效的校正因子，Katt為電離室材料（包括平衡帽）對(duì)射線吸收和散射的校正因子，這兩個(gè)值只與電離室本身有關(guān)，一般可由廠家給出或通過(guò)電離室型號(hào)查表獲得；Pu為電離室室壁材料非水物質(zhì)完全等效校正因子，又稱(chēng)為擾動(dòng)因子，在水中測(cè)量時(shí)，室壁材料產(chǎn)生的電子和對(duì)電子的阻止本領(lǐng)與水不同，可通過(guò)圖（即TRS 277 號(hào)報(bào)告中的FIG.14）量化獲取；Pcel為中心收集電極的空氣不完全等效校正因子，對(duì)于能量≤25 MeV 的光子束一般取1，而對(duì)于電子束，Pcel則不為1，而是根據(jù)中心收集電極的材料和電離室半徑查表獲得；Sw,air為水與空氣的阻止本領(lǐng)比值。在TRS 277號(hào)報(bào)告中，對(duì)于高能X（γ）線束，Sw,air數(shù)值取決于射線質(zhì)PDD20/PDD10（即D20/D10）的值，不同醫(yī)用電子直線加速器的D20/D10值均存在差異，D20/D10不在TRS 277的表XIII 內(nèi)的Sw,air數(shù)值需通過(guò)插值法計(jì)算；對(duì)于高能電子束，電離室在水中測(cè)量時(shí)，Sw,air的值取決于射程（由三維水箱采集數(shù)據(jù)時(shí)給出）和有效測(cè)量點(diǎn)的深度Z，不在表X 內(nèi)的高能電子束Sw,air值，也需進(jìn)行一次或二次插值。在TRS 398號(hào)報(bào)告中，KQ,Q0是能量校準(zhǔn)因子，依使用的電離室及射線質(zhì)的不同而不同，在該報(bào)告中，光子束的射線質(zhì)定義為體膜比TPR20/TPR10，電子束的射線質(zhì)定義為R50，光子束對(duì)應(yīng)TRS 398號(hào)報(bào)告中表6.III，電子束對(duì)應(yīng)表7.III，在表中未羅列的射線質(zhì)，KQ,Q0值經(jīng)插值法求得。若實(shí)際使用的電離室型號(hào)不在TRS 277號(hào)或TRS 398號(hào)報(bào)告的表格里，則計(jì)算所需的所有參數(shù)均由廠家提供。

為了便于程序上的描述，現(xiàn)將劑量校準(zhǔn)因子（calibration factors，CF）定義如下。

依據(jù)TRS 277號(hào)報(bào)告中高能X 線和電子線的校準(zhǔn)規(guī)程，當(dāng)劑量?jī)x校準(zhǔn)證書(shū)中NX的單位為Gy/min 時(shí)：

1.2 程序設(shè)計(jì)思想與方法

該程序使用微信官方發(fā)布的微信開(kāi)發(fā)者工具中的微信標(biāo)記語(yǔ)言（WXML）和樣式語(yǔ)言（WXSS）設(shè)計(jì)用戶(hù)可視化操作界面，JavaScript 語(yǔ)言設(shè)計(jì)用戶(hù)與可視化界面的交互邏輯，實(shí)現(xiàn)一維、二維表的插值查詢(xún)算法，并依據(jù)TRS 277號(hào)和TRS 398號(hào)報(bào)告中的計(jì)算公式進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，將最終計(jì)算結(jié)果反饋至可視化圖形界面。用戶(hù)只需在可視化圖形界面填入TRS 277號(hào)或TRS 398號(hào)報(bào)告中推薦的劑量計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，即可自動(dòng)計(jì)算CF值，可大大節(jié)省翻找表格的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)無(wú)需下載安裝程序，就能“觸手可及”的方便應(yīng)用。小程序計(jì)算流程見(jiàn)圖1。

圖1 小程序計(jì)算流程

2 結(jié)果

用戶(hù)進(jìn)入微信小程序后，根據(jù)需求選擇使用TRS 277號(hào)或TRS 398號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程，程序運(yùn)行界面見(jiàn)圖2。以本單位Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器6 MV 光子線和12 MeV電子線進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1～5。測(cè)量設(shè)備：PTWUNIDOSwebline劑量?jī)x器，量程單位為Gy/min；PTW30013 0.6cc 指型電離室，電離室敏感體積（空腔內(nèi)徑）為3.05 mm，室壁材料為聚甲基丙烯酸酯，中心收集電極為鋁材料，直徑（d）為1.1 mm，中心收集電極內(nèi)半徑（r）為3.05 mm，電離室的Katt×Km=0.972；經(jīng)三維水箱實(shí)際測(cè)量，12 MeV電子線的R50=4.962 cm，E0=11.56 MeV，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院給定的照射量校準(zhǔn)因子NX=103.9，ND,W=0.996。

圖2 基于TRS 277 號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程的6 MV X 線CF 計(jì)算的操作界面和數(shù)據(jù)報(bào)告示意圖

2.1 靜電計(jì)和電離室極化效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)的校準(zhǔn)

使用微信小程序計(jì)算靜電計(jì)修正因子Kelec、電離室的極化效應(yīng)修正因子Kpol和復(fù)合效應(yīng)修正因子Ks的值，校準(zhǔn)所需用戶(hù)提供的參數(shù)及小程序計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 靜電計(jì)和電離室極化效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)的校準(zhǔn)情況

2.2 TRS 277號(hào)校準(zhǔn)規(guī)程

進(jìn)入微信小程序，選擇TRS 277號(hào)校準(zhǔn)規(guī)程，輸入校準(zhǔn)因子NX 的值，根據(jù)本單位的劑量?jī)x、電離室型號(hào)，量程單位，程序采用公式（4）進(jìn)行CF的計(jì)算。校準(zhǔn)條件如下。（1）6 MV X 線：射野10×10，源皮距SSD=100 cm，校準(zhǔn)深度為水下5 cm 處，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。（2）12 MeV 電子線：選用10×10的限光筒和標(biāo)準(zhǔn)鉛塊，源皮距SSD=100 cm，校準(zhǔn)深度為水下2.5 cm，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 基于TRS 277號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程的6 MV X 線CF 值計(jì)算結(jié)果

表3 基于TRS 277號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程的12 MeV 電子線的CF 值計(jì)算結(jié)果

2.3 TRS 398號(hào)校準(zhǔn)規(guī)程

進(jìn)入微信小程序，選擇TRS 398號(hào)校準(zhǔn)規(guī)程，輸入校準(zhǔn)因子ND,W的值，程序采用公式（7）進(jìn)行CF值的計(jì)算。校準(zhǔn)條件如下：6 MV X 線，射野10×10，源皮距SSD=100 cm，校準(zhǔn)深度為水下5 cm 處，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4；12 MeV 電子線，選用10×10的限光筒和標(biāo)準(zhǔn)鉛塊，源皮距SSD=100 cm，校準(zhǔn)深度為水下2.9 cm 處，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 基于TRS 398號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程的6 MV X 線CF 值計(jì)算結(jié)果

表5 基于TRS 398號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程的12 MeV 電子線CF 值計(jì)算結(jié)果

3 討論

《腫瘤放射物理學(xué)》[5]第三章中以及TRS 277號(hào)報(bào)告中對(duì)電離室的校準(zhǔn)方法均有詳細(xì)的描述，其中，涉及大量用參數(shù)處理以及數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，采用人工計(jì)算方法不僅耗費(fèi)時(shí)間且易出錯(cuò)。彭永倫和郭洪濤[6]采用Excel 表格對(duì)TRS 277號(hào)報(bào)告中加速器輸出量檢定參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了研究，提高了計(jì)算CF值的效率及準(zhǔn)確性。但即使是同一廠家生產(chǎn)的相同型號(hào)、相同標(biāo)稱(chēng)電位的醫(yī)用電子直線加速器，PDD也會(huì)存在一定的差異，此時(shí)，便需要對(duì)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量計(jì)算，建立多套數(shù)據(jù)表格。謝朝等[7]運(yùn)用面向?qū)ο蟮腜ython 程序開(kāi)發(fā)了基于TRS 398號(hào)報(bào)告的絕對(duì)劑量校準(zhǔn)軟件，該軟件需要在Windows 平臺(tái)下運(yùn)行。目前，TRS 277號(hào)報(bào)告及TRS 398號(hào)報(bào)告推薦的方法在我國(guó)醫(yī)療機(jī)構(gòu)中均有使用，因此，本研究采用的微信開(kāi)發(fā)者工具開(kāi)發(fā)的微信小程序，適用于TRS 277和TRS 398兩種劑量標(biāo)定規(guī)程，用戶(hù)可根據(jù)自己的需求選擇合適的校準(zhǔn)規(guī)程，通過(guò)用戶(hù)可視化界面的簡(jiǎn)單操作即可計(jì)算出所需測(cè)量深度處的校準(zhǔn)因子，校準(zhǔn)參數(shù)的數(shù)值可顯示在數(shù)據(jù)報(bào)告中，方便用戶(hù)核對(duì)各個(gè)修正因子的準(zhǔn)確性。從測(cè)試結(jié)果看，基于TRS 277號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程計(jì)算的6 MV X 線的CF值為1.1645，而基于TRS 398號(hào)報(bào)告中校準(zhǔn)規(guī)程計(jì)算的CF值為1.1554，結(jié)果差異為（1.1645-1.1554）÷1.1554×100%≈0.788%，小于1%。但在劑量標(biāo)定的實(shí)踐過(guò)程中，需注意射線輻射值、電離室的選擇以及探頭有效測(cè)量點(diǎn)的位置等參數(shù)。

在我們?cè)O(shè)計(jì)的微信小程序中，溫度氣壓KTP 因子被單獨(dú)列出，未合并計(jì)算到CF值中，主要考慮兩個(gè)因素：（1）用戶(hù)只要確定好測(cè)量的能量和測(cè)量設(shè)備，其他修正因子均不會(huì)改變，但對(duì)于溫度氣壓修正因子來(lái)說(shuō)，每次劑量校準(zhǔn)時(shí)溫度和氣壓均會(huì)有所不同，從而影響電離室內(nèi)空氣的質(zhì)量，KTP 因子便會(huì)隨之變化；（2）避免溫度、氣壓表出現(xiàn)故障，造成計(jì)算結(jié)果偏差，使用戶(hù)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差來(lái)源，從而錯(cuò)誤調(diào)整了標(biāo)定劑量。

在實(shí)際測(cè)量時(shí)，還需考慮電離室的極化修正因子和復(fù)合修正因子這兩個(gè)參數(shù)，盡管其結(jié)果很接近于1，但很多物理師在劑量標(biāo)定時(shí)易忽略這兩個(gè)因素的存在，因此，為了確保劑量標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，將這兩個(gè)參數(shù)也寫(xiě)入了程序中，方便新入職的物理師進(jìn)行規(guī)范學(xué)習(xí)和計(jì)算。但對(duì)于平行板電離室，不建議考慮極化修正因子，因?yàn)槠叫邪咫婋x室入射窗內(nèi)表面涂有導(dǎo)電涂層，極性電壓的改變將使入射窗口扭曲形變，損害導(dǎo)電涂層，對(duì)劑量測(cè)量的影響遠(yuǎn)大于極性修正的影響。

總之，本程序取代了手工查表和插值計(jì)算CF值的過(guò)程，具備良好的可視化界面操作，簡(jiǎn)化了吸收劑量校準(zhǔn)因子的計(jì)算流程，避免了人工反復(fù)查表導(dǎo)致出錯(cuò)的可能，大大提高了計(jì)算的效率和準(zhǔn)確性。程序界面末端能顯示計(jì)算過(guò)程以及校準(zhǔn)中各參數(shù)的查詢(xún)和插值結(jié)果，便于用戶(hù)檢查界面輸入框中填入數(shù)據(jù)以及插值結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)也有助于新入職的物理師理解和學(xué)習(xí)劑量?jī)x與電離室的校準(zhǔn)工作，對(duì)硬件要求低。