直线加速器高能电子束剂量校准时应注意的若干问题及对策

【作 者】胡 杰，陶建民，张莹， 张颖

上海市第十人民医院 放疗科 ，上海， 200072

现代放射治疗常用高能电子束治疗表浅肿瘤，如乳腺癌胸壁的照射[1]和鼻咽癌颈部淋巴结的照射[2]。电子束剂量计算精度是一个亟待解决的问题，它包括许多方面的因素，在算法方面Hogstrom K R、李建东和张铁等分别作了不同的研究[3-5]。对放射治疗单位而言, 剂量准确是患者接受治疗的前提,国际卫生组织WHO对剂量校准的精度要求是必须好于2%[6]。为此，许多国际组织和各国的剂量机构颁布了一系列规定或报告，来统一和协调剂量校准。在国际上，国际原子能机构IAEA发布的第277号报告《光子和电子束中的吸收剂量测定》，已经作为剂量定标的通用标准[7]。在我国，国家质量技术监督局2001年发布的JJG589－2001号规程《外照射治疗辐射源》规定的剂量校准方法，基本引用了IAEA 277号报告，其中的指标基本来源于277号报告中的数据[8]。但是在放射治疗单位，由于从事这项工作的人员水平和理解方面的问题，则在剂量校准方面会有较大的偏差，尤其对高能电子束的剂量校准。本文通过解读剂量校准的公式、数据计算方法，分析高能电子束剂量校准中存在的问题，提出我们的解决方法，供同行参考。

1 剂量计算公式及其相关因子的物理意义

高能电子束剂量校准的两个基本公式是

该公式相关因子的物理意义：

ND是电离室空腔的吸收剂量校准因子；Mu是经过温度、气压修正过的剂量仪读数；Sw,air是校准深度处水对空气的平均阻止本领比；Pu是扰动因子；Pcel是电离室中心收集极空气不完全等效修正因子；Nx是计量检定部门给出的照射量校准因子；W/e是在空气中形成一对离子所消耗的平均能量，W/e=33.97J/kg；Katt是校准电离室时，电离室室壁及平衡帽对校准辐射的吸收和散射修正；Km是电离室室壁及平衡帽的材料对校准辐射空气不完全等效而引起的修正。

修正系数Katt、Km,随所用的电离室不同（主要是收集电极、壁材料不同）而有所变化，随着现在用于放射治疗校准电离室的品种和材料的增加，这两项修正的乘积可以从0.950(EXRADIN 0.5 cm3)到0.990(CAPINTEC 0.65cm3PR0.6C)，变化幅度达4%。因此，引进对特定电离室的修正就显得十分必要。但是，IAEA277号报告所提供的电离室的这两项修正数据并不完善，尤其没有收集国产电离室的数据，使得用国产剂量测量系统十分困难。如果计量检定部门在检定时直接向用户给出空气中吸收剂量校准因子ND，则这个问题将得到很好的解决。因此，我们建议对使用国产剂量测量仪器的单位，在剂量仪送质量技术监督部门强检时，要求直接给出吸收剂量校准因子ND取代Nx，对临床现场工作将更为方便有效，且直接给出ND并无技术困难。

2 高能电子束辐射质的测量

公式（1）中的Sw,air、Pu两个因子依赖于校准深度处电子束的平均能量Ez，而电子束的能量在水介质中是逐步衰减的，必须首先测量电子束水表面的平均能量E0。要特别说明的是加速器出厂时的标称能量，并不等于水表面的平均能量E0，因为不同加速器即使标称能量相同，其表面能量E0的实际测量值也并不相同。笔者单位的加速器标称能量12 Mev的电子束，表面能量实际测量值只有 11.5 Mev，标称能量9 Mev的电子束，表面能量实际测量值为8.5 Mev，如果直接引用出厂标称能量计算上述两个因子，将引起较大的校准误差。

电子束表面能量E0测量方法如下：源到水体模表面的距离为100 cm，20 cm*20 cm照射筒，每次测量机器跳数为100 MU；首先测量最大剂量点的吸收剂量Dm,然后测量半峰值吸收剂量的深度R50。可以参考加速器验收时三维水箱扫描数据得到的R50，具体测量时先测量这个深度的吸收剂量，在此基础上增加或减少水的深度，直到找到真实的吸收剂量的半峰值深度为止。然后通过查277号报告24页TABLE Ⅳ，可得表面能量E0。在此要特别注意，不能使用公式E0=2.33*R50计算电子束的表面能量，该公式的使用条件是测量时必须固定源到电离室的距离为100 cm(SCD 100 cm)，两者之间有一定的差别。同时测量能量时的照射野应尽可能大，一般要大于15 cm*15 cm。

3 Sw,air和Pu的计算

Sw,air根据前面测量得到的电子束表面能量E0和校准的深度，直接查IAEA277号报告48页TABLE Ⅹ提供的数值表。

在计算扰动因子P u时，必须根据表面能量E0和校准深度z，计算校准点的电子束平均能量Ez[Ez=E0×(1-z/Rp)]，然后根据IAEA277号报告TABLE Ⅺ提供的数值表进行插值计算，在此特别指出，有很多物理师错误地根据表面能量E0直接查表计算Pu。例如，笔者单位12 MeV高能电子束的测量，按E0直接查表计算Pu为0.991，而实际上在校准深度2.5 cm处，Ez=12×(1-2.5/5.91)=6.9，查表Pu为0.972，Pu因子引起的校准误差可达2%。如果Pu的误差就有这么大，怎么能保证校准误差好于2%呢？

4 关于中心收集极不完全等效修正因子Pcel

国家质量技术监督局2001年发布的JJG589－2001号规程《外照射治疗辐射源》，已在大多数单位执行，其规定的剂量校准方法基本引用了IAEA 277号报告。但在该报告中对Pcel的说法存在一些问题，如第15页对电子束的定标就明确说Pcel仍取1，而没有限制条件。很明显这是不对的，因为各种不同的电离室，其中心电极的材料和半径各不相同，如果该材料不是空气等效的，Pcel不可能等于1，必须引起放射物理师的注意。

实际上，根据IAEA的技术规范，只有中心收集极为空气等效塑料和石墨做成的电离室，Pcel才为1。而对Farmer2571指型电离室，由于其收集极是铝，中心收集极不完全空气等效，修正因子Pcel实际上不再是1，而应该根据其半径进行查表计算。根据IAEA277号报告TABLEⅪⅩ，中心收集极半径0.5 mm时Pcel为1.008、收集极半径1 mm时Pcel为1.015、收集极半径1.5 mm Pcel为1.020、收集极半径2 mm Pcel为1.032。可见，如果Pcel直接按1计算，将引起较大的校准误差，最大达到3.2%，这么大的误差是不可接受的。问题在于，不同批次的Farmer电离室，其结构尺寸并不相同。而国内大多数单位的剂量测量装备是购买加速器时打包而来，很多用户单位手上并没有本单位电离室具体的结构图和相关的参数，所以不知道该如何修正这个因子。我们的做法是，将电离室戴上平衡帽如图1所示，固定在模拟机床上，其轴线与模拟机灯光野的中心轴线重合，尽量升床，以使透视下电离室在荧光屏上显像最大，然后出光透视，在荧光屏上显示放大的电离室图像如图2，通过模拟机标尺测量图像上电离室外直径Y'和收集极直径X' ；然后用游标卡尺测量电离室的真实外直径Y，则有：X/Y= X'/ Y',即X = Y· X'/ Y'。通过这种方法，我们可以得到收集极直径X和半径大小，就可以查表得到Pcel的值了。

图1 电离室尺寸示意图Fig.1 Size of ionization chamber

图2 模拟机荧光屏上电离室影像示意图Fig.2 Image of ionization chamber on simulator screen

5 测量水箱位置的确定

高能电子束的剂量校准一般采用电离室在水箱中进行测量，取30 cm×30 cm×30 cm的水箱，也有用40 cm×40 cm×40 cm的大水箱。校准时，先放水使电离室插孔的中心位于水表面下该电子束的校准有效深度处，并升降床，通过光学测距尺使得源到水表面的距离为 100 cm，即SSD=100 cm，然后插好电离室并连接剂量仪进行校准测量。但是我们发现在电子束校准时，存在这样一种现象，由于校准深度较浅（一般小于3.5 cm），而升床较高，光学测距尺的灯光往往从机架方向打过来，有时先打到水箱的有机玻璃板折射后才达到水表面，而光线一旦发生折射，将改变原来的行进方向。因此，在这种情况下，光学测距尺在水表面指示的距离不再准确，不能继续采用这种办法来保证SSD=100 cm，这一点物理师在做校准工作时一定要引起重视，否则由于距离的错误将产生很大的校准误差。对加速器而言，一般为了保证等中心照射的摆位，在加速器机房两侧和天花板上均安装激光定位灯，其中两侧激光定位灯指示的水平面到源的距离就是100 cm。我们的做法是通过升降床使水箱水表面与两侧激光定位灯指示的水平面相重合，这样既可确保校准时SSD=100 cm，又避免由于光学测距尺灯光折射而带来的校准误差。

6 关于校准结果

国际卫生组织WHO对剂量校准精度的要求是必须好于2%，因此100MU标准定标条件下校准点吸收剂量Dw实际测量值必须在98cGy～102cGy这一范围，最好能控制在1%以内。如果超出这个范围，必须由维修工程师及时进行调整，直到符合校准精度的要求为止。这项工作每个星期必须进行两次以上。目前很多单位高年资的物理师只注重放射治疗计划的设计，而把剂量校准这项基本工作交给一些低年资的物理师，甚至一些刚工作的人员进行，我们认为这是不对的。标准定标条件下1MU=1cGy永远是放射治疗的基础和前提保证，这个工作没做好其它工作将没有任何实际意义，在此我们也呼吁每个单位高年资的物理师，要亲自做好这项工作。

[1] 丛也彤, 元波, 王兆平, 等. 乳腺癌术后胸壁电子线放射治疗肺前缘的剂量分布[J]. 中国老年学杂志, 2007, 27(22): 2192-2193.

[2] 彭旭东, 叶荣,兰海涛, 等. 鼻咽癌放疗中颈部射野摆位技术的改进[J]. 西部医学, 2009, 21(4): 640-642.

[3] Hogstrom K R, Almond P R. Review of electron beam therapy physics [J]. Phys Med Biol, 2006, 51(13): 455-489.

[4] 李建东, 张铁, 康雁, 等. 电子束剂量计算的实现[J]. 中国医学物理学杂志, 2009, 261: 937-941.

[5] 张铁,李建东,王中文, 等. 电子笔形束算法中物理学参数的计算[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2008, 29(3): 437-440.

[6] World Health Organization. Quality Assurance in Radiotherapy[R]. Geneva: WHO, 1988.

[7] International Atomic Energy Agency. TRS 277 Absorbed Dose Determination in Photon and Electron Beams[R]. Vienna:IAEA, 1987.

[8] 国家质量技术监督局. JJG589－2001外照射治疗辐射源[S]. 北京: 中国计量出版社, 2001.