放射治療模擬定位X線機(jī)的空氣比釋動(dòng)能率檢定校準(zhǔn)及不確定度分析與計(jì)算

李達(dá)，李作家，何超健

1 廣州南大康德信檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司 (廣東廣州 510000)；2 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院(廣東廣州 510000)；3 廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 (廣東廣州 510000)

X線具有波長(zhǎng)短、頻率高的特點(diǎn)，且具有較高的能量與極強(qiáng)的穿透能力，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷中。醫(yī)用X線輻射源發(fā)射的X線具有較強(qiáng)的輻射性，會(huì)帶來脫發(fā)、皮膚灼傷、白血病等傷害，故在用其進(jìn)行醫(yī)療診斷時(shí)，需精確控制X線的輻射劑量；如果X線的輻射劑量較大，將會(huì)灼傷患者皮膚等；如果X線的輻射劑量過小，便會(huì)對(duì)成像效果造成不利影響。因此，減少因醫(yī)用診斷X線輻射源自身誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來的影響，不僅可保障醫(yī)用X線輻射源的設(shè)備安全和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，還可結(jié)合其高效精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行病情診斷，故我國(guó)將醫(yī)用X線輻射源劃歸為強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具。本研究借助多功能輻射劑量測(cè)試儀，通過測(cè)定未經(jīng)檢定的放射治療X線輻射源的空氣比釋動(dòng)能率，并對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行計(jì)算和量化分析，然后與另一臺(tái)經(jīng)檢定的模擬定位X線機(jī)的不確定度進(jìn)行對(duì)比，確定該模擬定位X線能夠滿足檢定系統(tǒng)要求，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 醫(yī)用診斷X線輻射源檢定原理及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

1.1 醫(yī)用診斷X線輻射源檢定原理

醫(yī)用診斷X線在體積確定的電離室內(nèi)所產(chǎn)生的電離電荷數(shù)值與電離室內(nèi)空氣被照射的程度有關(guān)，通過電場(chǎng)將產(chǎn)生的電荷進(jìn)行聚集，電離電流與輻射輸出的空氣比釋動(dòng)能率之間存在正比的關(guān)系，可通過對(duì)電離電流數(shù)值進(jìn)行確定，得到醫(yī)用診斷X線的空氣比釋動(dòng)能率。

1.2 醫(yī)用診斷X線輻射源的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

醫(yī)用診斷X線輻射源的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)[1]見表1。

表1 醫(yī)用診斷X線輻射源的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

2 醫(yī)用診斷X線輻射源的檢定依據(jù)、條件及測(cè)量方法

2.1 醫(yī)用診斷X線輻射源的檢定依據(jù)及條件

根據(jù)《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》相關(guān)規(guī)定，放射治療模擬定位X線機(jī)是一種需進(jìn)行強(qiáng)制周期檢定的計(jì)量器具，其檢定標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JJG 1028-2007《放射治療模擬定位X線輻射源檢定規(guī)程》，檢定環(huán)境溫度為10～30 ℃，相對(duì)濕度為40%～85% RH[2]；選用Barracuda多功能劑量?jī)x進(jìn)行檢定，并配備模仿人體的等效模體、氣壓計(jì)、支架、檢測(cè)板和直尺等相關(guān)檢定設(shè)備，對(duì)1臺(tái)未經(jīng)過檢定的放射治療模擬定位X線機(jī)進(jìn)行檢定[3]。

2.2 醫(yī)用診斷X線輻射源測(cè)量數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)測(cè)定條件和數(shù)據(jù)，輻射源的空氣比釋動(dòng)能率計(jì)算采用公式(1)數(shù)學(xué)模型[4]。

K=MKTPNK

(1)

式中，K表示該臺(tái)模擬定位X線機(jī)輻射輸出的空氣比釋動(dòng)能率，單位為mGy/min；M表示該臺(tái)Barracuda多功能劑量?jī)x3次測(cè)量顯示值的平均值，單位為mGy/min；KTP表示該臺(tái)Barracuda多功能劑量?jī)x探測(cè)器的氣密度與溫度的修正系數(shù)；NK表示該臺(tái)Barracuda多功能劑量?jī)x的校準(zhǔn)系數(shù)。

劑量測(cè)試儀探頭的密度和溫度需進(jìn)行修正，修正系數(shù)采用公式(2)進(jìn)行計(jì)算[5]。

(2)

式中，p表示進(jìn)行檢定時(shí)室內(nèi)的氣壓值，單位為kPa；t表示進(jìn)行檢定時(shí)室內(nèi)的溫度值，單位為℃。

由于Barracuda多功能劑量?jī)x使用的是半導(dǎo)體探測(cè)器，非電離室探測(cè)器，故無(wú)需對(duì)空氣的氣壓和溫度進(jìn)行修正。因此，對(duì)于該劑量?jī)x探測(cè)器，氣密度和溫度的修正系數(shù)取值為1，代入公式(1)得到空氣比釋動(dòng)能率計(jì)算公式(3)。

K=MNK

(3)

2.3 醫(yī)用診斷X線輻射源的測(cè)量方法[6]

本研究所用測(cè)量方法：將Barracuda多功能劑量?jī)x的探測(cè)器擺位在照射野的中心位置，將照射野的數(shù)值調(diào)整到最大，將X線管的焦點(diǎn)和多功能劑量?jī)x的探測(cè)器之間的距離調(diào)整為源皮距的最小值，將X線射入的方向作為測(cè)量方向；分別將管電壓和管電流數(shù)值調(diào)整為70 kV和1 mA，連續(xù)開展3次輻射源測(cè)量，取3次測(cè)量值的平均值；結(jié)合JJG 1028-2007中的相關(guān)要求及技術(shù)條件，精確計(jì)算出醫(yī)用診斷用X線輻射源的空氣比釋動(dòng)能率。

3 空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量不確定度的分析與計(jì)算

3.1 空氣比釋動(dòng)能率的各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析與計(jì)算[7]

3.1.1計(jì)算空氣比釋動(dòng)能率M的重復(fù)測(cè)量形成的不確定度

測(cè)量結(jié)果的不重復(fù)是造成空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量值M的不確定度的主要原因。因此，在評(píng)定時(shí)，需采用A類方法進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，用Barracuda多功能劑量?jī)x對(duì)放射治療模擬定位X線機(jī)空氣比釋動(dòng)能率進(jìn)行連續(xù)、重復(fù)的10次測(cè)量，得到10次空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量數(shù)值，見表2。

表2 10次空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量數(shù)值

空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

在校準(zhǔn)時(shí)，對(duì)3次重復(fù)測(cè)量值取平均值為0.096(mGy/min)。

對(duì)放射治療模擬定位X線機(jī)的空氣比釋動(dòng)能率M進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量，計(jì)算不確定度；其中，不確定度u1按照公式(4)進(jìn)行量化計(jì)算：

(4)

3.1.2計(jì)算Barracuda多功能劑量?jī)x的能量響應(yīng)帶來改變形成的不確定度u2

Barracuda多功能劑量?jī)x的能量響應(yīng)帶來改變≤5.0%，其分布呈正態(tài)形式，k取值2[4]，因?yàn)锽arracuda多功能劑量?jī)x的能量響應(yīng)帶來改變形成的不確定度u2計(jì)算公式如(5)所示：

(5)

3.1.3計(jì)算Barracuda多功能劑量?jī)x的年穩(wěn)定性形成的不確定度u3

Barracuda多功能劑量?jī)x的年穩(wěn)定性≤2.0%，其分布呈均勻形式，由于Barracuda多功能劑量?jī)x的年穩(wěn)定性形成不確定度u3計(jì)算公式如(6)所示：

(6)

3.1.4計(jì)算Barracuda多功能劑量?jī)x的校準(zhǔn)值NK形成的不確定度u4

根據(jù)Barracuda多功能劑量?jī)x的校準(zhǔn)證書，使用MPD進(jìn)行測(cè)量時(shí)，劑量的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=3.0%，k=2[4]，由于Barracuda多功能劑量?jī)x的校準(zhǔn)值NK形成的不確定度u4計(jì)算公式如下：

(7)

3.2 空氣比釋動(dòng)能率的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

放射治療模擬定位X線機(jī)的空氣比釋動(dòng)能率的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc，其計(jì)算公式如(8)所示：

≈3.23%

(8)

3.3 輻射源的空氣比釋動(dòng)能率測(cè)定數(shù)據(jù)的相對(duì)擴(kuò)展不確定度計(jì)算

包含系數(shù)k取值2[4]，放射治療模擬定位X線機(jī)輻射輸出的空氣比釋動(dòng)能率的相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel計(jì)算公式為：

Urel=Uc×2=3.23%×2≈6.5%

(9)

3.4 放射治療模擬定位X線機(jī)的空氣比釋動(dòng)能率的不確定度的表示和評(píng)定

本次測(cè)量是在X線管電壓為70 kV，管電流為1 mA，焦室距為100 cm，最大照射野等條件下進(jìn)行的，在包含系數(shù)k取值2[4]的情況下，該臺(tái)放射治療模擬定位X線機(jī)的空氣比釋動(dòng)能率的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為6.5%。

4 放射治療模擬定位X線機(jī)測(cè)量能力校準(zhǔn)與驗(yàn)證

4.1 放射治療模擬定位X線機(jī)測(cè)量能力校準(zhǔn)

選擇1臺(tái)經(jīng)檢定合格、重復(fù)性較好的同型號(hào)放射治療模擬定位X線機(jī)，使用該Barracuda多功能劑量?jī)x對(duì)其進(jìn)行空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)量；在測(cè)量條件相同的情況下，進(jìn)行連續(xù)6次空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量，得到的測(cè)量數(shù)值見表4。單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差S=0.162 mGy/min；在校準(zhǔn)時(shí)，對(duì)3次重復(fù)測(cè)量值取平均值為0.094 mGy/min；由空氣比釋動(dòng)能率M的重復(fù)測(cè)量形成的不確定度u1為0.74%：將0.74%對(duì)表3中的空氣比釋動(dòng)能率M的重復(fù)測(cè)量形成的不確定度0.77%進(jìn)行替代，得到各相對(duì)不確定度分量表，見表5。計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Uc≈3.23%，校準(zhǔn)測(cè)量能力Urel用包含值k=2[4]的相對(duì)擴(kuò)展不確定度表示，Uref≈6.4%。

表4 連續(xù)6次空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量數(shù)值

表5 相對(duì)不確定度分量表

4.2 放射治療模擬定位X線機(jī)測(cè)量能力驗(yàn)證

通過使用Barracuda多功能劑量?jī)x對(duì)兩臺(tái)放射性治療模擬定位射線機(jī)的空氣比釋動(dòng)能率的不確定度進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，未經(jīng)檢定和經(jīng)檢定的兩臺(tái)設(shè)備空氣比釋動(dòng)能率的相對(duì)擴(kuò)展不確定度之間的差值為0.1%，該差值小于放射治療模擬定位X線機(jī)所允許的空氣比釋動(dòng)能率的最大不確定度規(guī)定數(shù)值，各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿足檢定規(guī)程的規(guī)定和要求，該臺(tái)放射性治療模擬定位射線機(jī)在取得計(jì)量報(bào)告后，可在醫(yī)用診斷工作中使用。

6 結(jié)語(yǔ)

放射治療模擬定位X線機(jī)作為一種特殊的醫(yī)用X線輻射源,在放射治療中能準(zhǔn)確定位腫瘤的照射位置、照射面積、腫瘤深度和等中心位置等幾何參數(shù)，為放射治療擺位提供有力依據(jù)，是確保放射治療正確實(shí)施的重要手段，其空氣比釋動(dòng)能率的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。從事不確定度評(píng)定的工作人員在進(jìn)行醫(yī)用診斷X線輻射源檢定時(shí)，要認(rèn)真對(duì)待該項(xiàng)工作，在日常中要不斷加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，從而不斷提升相關(guān)專業(yè)水平，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)做好醫(yī)用診斷X線輻射源的檢定工作，為患者治療及生命提供安全保障。