基于JJG 589—2008的医用电子直线加速器电子束剂量刻度方法测定

朱前升，曾自力

基于JJG 589—2008的医用电子直线加速器电子束剂量刻度方法测定

朱前升，曾自力

目的：通过介绍基于JJG 589—2008的医用电子直线加速器电子束剂量的校准刻度方法，分析校准刻度中遇到的问题，提出解决方法。方法：采用全自动三维水箱测量电子束各能量的最大剂量深度，计算或查出相关参数，用剂量仪和标准水模体校准刻度。结果：能量6 MeV的最大剂量深度与相应的校准深度取值（1.0 cm）相同，其余各能量的最大剂量深度皆大于相应的校准深度取值1.0、2.0、3.0 cm，相差为0～1.0 cm，差值最大的为能量18 MeV，最大剂量深度值比相应的校准深度取值大1.0 cm。结论：医用电子直线加速器电子束剂量的校准刻度与许多因素有关，校准刻度时应全面考虑各种因素的影响。

医用电子直线加速器；电子束；最大剂量深度；校准深度；剂量刻度

0 引言

医用电子直线加速器所产生的高能电子束的表面剂量较高，当很快到达最大剂量点深度后，进入剂量“坪区”，至射程末端时，剂量急剧跌落。因此，不同能量的电子束具有确定的、不同的有效治疗深度。电子束的这一剂量分布特点，决定了在临床肿瘤放射治疗中用它来治疗表浅的、偏体位一侧的病变和浸润的淋巴结，可有效地避免对靶区后深部组织的照射。生物学效应的大小程度与组织中所吸收的电离辐射的能量成正比，确切了解组织中所吸收的电离辐射的能量对评估放疗的效果及其副作用是非常重要的，它的精确确定是进行放疗最基本的物理要素[1]。在大的放射治疗中心接受放射治疗的患者中，约15%左右的患者在放射治疗过程中要应用高能电子束。其剂量准确与否将直接影响患者的受照射剂量。然而，医用电子直线加速器电子束剂量校准刻度与从事校准刻度人员的水平、理解剂量校准的相关规定及公式、数据计算方法、相关技术指标的选择、测量条件等许多因素有关，因此，剂量校准刻度时应全面考虑各种因素的影响。本文根据国家质量技术监督局的《JJG 589—2008 医用电子加速器辐射源》[2]内容全面介绍了Varian 23EX医用电子直线加速器电子束剂量的校准刻度方法测定。

1 材料与方法

1.1 被测仪器

瓦里安23EX医用电子直线加速器。电子束能量分别为 6、9、12、15、18、22 MeV，电子束剂量率在100～1 000 cGy/min范围内。加速器源到治疗电子束限光筒末端的距离为95 cm，电子束限光筒最大尺寸为30 cm×30 cm。

1.2 校准刻度条件及设备要求

电子束剂量校准刻度时，环境温度、大气压强和相对湿度在规定范围内；环境辐射为本底。全自动三维扫描水箱，最小步进距离、位置和重复的准确度不大于1.0 mm；电离室剂量仪符合有关规定的要求。容积为30 cm×30 cm×30 cm的标准水模体，以电离室几何中心为0线刻度，最小分度值为1.0 mm。温度计、气压计的测量范围和最小分度值在规定范围内。

1.3 电子束不同能量的最大剂量深度测量

在特定照射条件下，电子束限光筒的尺寸为10 cm×10 cm，源皮距（source skin depth，SSD）SSD= 100 cm，利用全自动三维扫描水箱测量电子束能量为 6、9、12、15、18、22 MeV时的百分深度剂量（percentage depth doses，PDD）曲线，测量开始时让电离室有效测量点位于水表面，精确定位于射野中心。根据以上条件，可求出剂量曲线上的最大剂量深度值。

1.4 电子束相关参数的确定

中心轴上校准点处水的吸收剂量Dm（Peff）（Gy）为：

式中，M为经过空气密度、湿度、离子复合修正后的剂量仪的平均读数，单位为C/kg。Nx为电离室照射量校正因子。W/e为在空气中形成每对离子所消耗的平均能量，其值为33.97 J/C。Katt为校准电离室时，电离室室壁及平衡帽对校准辐射的吸收和散射的修正，KM为电离室室壁及平衡帽的材料对校准辐射空气等效不充分而引起的修正，本文剂量仪分别为 0.990和 0.994；Katt、KM随所使用的电离室不同（主要是电离室室壁、收集电极材料不同）而有所变化。SW，AIR为校准深度水对空气的平均阻止本领比，由电子束能量和校准深度 （本文为最大剂量深度）决定。PU为扰动修正因子。首先根据电子束能量查出实际射程RP（沿入射方向从入射位置至完全停止位置所经过的距离），然后根据电子束水表面的平均能量E0和校准深度（本文为最大剂量深度）由公式计算出校准深度处电子束的平均能量[3]EZ=E0（1-d/RP），最后由剂量仪电离室r=3.15 mm，查出相应的PU。PCEL为电离中心收集电极空气不完全等效修正因子，其数值取1。

1.5 电子束剂量的校准刻度

在特定照射条件下，选择10 cm×10 cm的电子束限光筒，SSD=100 cm，采用标准水模体，分别对电子束各能量6、9、12、15、18、22 MeV进行剂量校准刻度。当加速器给出200 MU[4]（MU为加速器机头内监测电离室的计数单位，是衡量出束多少的指示。影响加速器射线束能谱分布的电路、机械方面的因素等可能会影响MU，使得1 MU的积分数不等于1 cGy。因此，应定期进行剂量校准刻度）时，此时电离室有效测量点在水模中校准深度为各能量的最大剂量深度处，通过调节加速器上剂量监测系统的阈值电位器，将加速器电子束剂量校准刻度设为200 MU=200 cGy。

2 结果

电子束能量为6、9、12、15、18、22 MeV时的PDD剂量曲线上最大剂量深度的平均值分别为1.0、1.4、2.0、2.6、3.0、3.4 cm，见表1。其中只有能量6 MeV的最大剂量深度值与相应的校准深度取值1.0 cm相同，其余各能量的最大剂量深度值皆大于相应的校准深度取值1.0、2.0、3.0 cm，相差范围在0～1.0 cm之间，差值最大的为能量18 MeV，最大剂量深度值比相应的校准深度取值大1.0 cm。

电子束能量越大，其实际射程RP越大。校准深度水对空气的平均阻止本领比（SW，AIR）随电子束能量的增加而减小；扰动修正因子（PU）随电子束能量的增加而变大，见表1。

表1 电子束不同能量的相关参数

3 讨论

经医用电子直线加速器加速和偏转后引出的电子束，束流发散角很小，基本是单能窄束，可利用散射箔将其展宽到临床所需要的最大射野范围。电子束展宽后先经X线治疗准直器，再经电子束限光筒形成治疗用野。高能电子束具有一定的射程、易于散射等物理特点，加上限束系统的影响，使得电子束输出剂量率随射野变化的规律变得复杂。对每一个电子束限光筒而言，X线治疗准直器都应取一个特定的位置。如果改变了X线治疗准直器位置的设定，即使电子束限光筒不变，电子束射野的平坦度、对称性和电子束的输出剂量率也会有较大的变化，特别是对于低能电子束来说。Varian Clinac 23EX医用电子直线加速器采用X线治疗准直器射野自动跟随系统，即随电子束限光筒的插入，自动选定相应的X线治疗准直器的开口，以获得更好的电子束射野的平坦度、对称性，使其对电子束输出剂量率的影响减小。

用于吸收剂量测量的方法较多，但国家技术监督部门和国际权威性学术组织确定电离室法用于放射治疗吸收剂量校准及日常监测的主要方法。电离室剂量仪包括电离室、静电计和连接它们的电缆。电离室腔中的空气质量随环境温度和气压变化而改

变，即气压增加或温度降低空气质量都会增加，直接影响电离室的测量灵敏度。现场使用时，必须给予校正。因此，剂量校准刻度前，电离室在水模中至少要放置15 min，以保证温度平衡[5]。

国际原子能机构（intemational atomic energy agency，IAEA）1997年第277号技术报告《光子与电子束的吸收剂量测量》制定了统一、简明并易于执行的光子与电子束的吸收剂量测量的技术规程[6]。我国国家技术监督部门根据这一技术规程，于1991年颁布了国家计量技术规范，1992年开始实施。该规程规定电离室有效测量点Peff应位于电离室中心点P的前方，当用r表示电离室腔内半径时，高能电子束Peff要位于0.5r处。本文电离室腔内半径r为3.15 mm，因此，0.5r约等于0.16 mm。水箱有机玻璃壁与水表面间存在表面张力，目测水面的实际深度会产生1～2 mm的误差，即来自水的表面张力形成的约1.5 mm高的一条“亮线”，水面的实际高度应在这条“亮线”的下沿，它的下沿，才是水的表面[7]。

医用电子直线加速器电子束能量为6、9、12、15、18、22 MeV时的最大剂量深度的平均值分别为1.0、1.4、2.0、2.6、3.0、3.4 cm。其中只有能量为6 MeV的最大剂量深度值与相应的校准深度取值（1.0 cm）相同，其余各能量的最大剂量深度值皆大于相应的校准深度取值（1.0、2.0、3.0 cm），相差范围在0～1.0 cm，差值最大的为能量18 MeV，最大剂量深度值比相应的校准深度取值大1.0 cm。在不同深度刻度校准会有不同的结果，它们之间有较大的差别，会直接影响患者临床放疗中的治疗剂量[8]。

在水模体中测量吸收剂量，需规范测量几何条件，如为减少水中吸收剂量梯度变化的影响，一般都将电离室放置在水中一特定的校准深度。当电子束在模体表面的平均能量＜5 MeV时，校准深度在最大剂量深度；当能量≥5 MeV而＜10 MeV时，校准深度在最大剂量深度或水下1.0 cm，取其中较大者；当能量≥10 MeV而＜20 MeV时，校准深度在最大剂量深度或水下2.0 cm，取其中较大者；当能量≥20 MeV时，校准深度在最大剂量深度或水下3.0 cm，取其中较大者[2]。

张绍刚认为[9]，选择电子束在水模中的最大剂量点，其优势更为明显，尤其是对于较高能量，随着能量的增高，电子束PDD曲线的坪区加宽，故测量深度定位的误差所带来的校准的影响很小，当然在二者中，还应选择较大者。余海坤等[8]研究认为，校准高能电子束的校准深度应位于最大剂量深度，在该深度进行校准有利于提高精度和更接近临床实际应用。对于本研究的Varian Clinac 23EX医用电子直线加速器，电子束各能量的最大剂量深度皆大于相应的取值（1.0、2.0、3.0 cm），所以其校准吸收剂量的校准深度皆位于最大剂量深度。

校准吸收剂量的目的是为了使输出剂量准确（误差在国家相关规定范围内）。如果对校准刻度结果有疑问，可用电子束任一能量如9 MeV来验证，取SSD=100 cm，限光筒尺寸为10 cm×10 cm。假设在4 cm深度处（验证深度一般在治疗坪区85%范围内）得到200 cGy水的吸收剂量，根据公式查百分深度剂量表，计算出相应的处方剂量（机器跳数）。将计算得到的机器跳数输入加速器控制仪，开机实际测量电离室有效测量点位于4 cm深度处水的吸收剂量，如果得到水的吸收剂量是200 cGy左右（误差在国家规定范围内），则说明校准刻度准确，反之（误差超过国家规定范围），则说明校准刻度不准确。

JJG 589—2008在附录C的表C3中增加了 “在放射剂量学中使用的部分电离室的结构特征”。在附录C的表C8“电子束的水对空气阻止本领比（SW，AIR）、实际射程（RP）和水深的关系”中增加了20～50 MeV的数据，而JJG 589—2001[10]中附录A的表A6中没有这方面的内容。将JJG 589—2001中附录C“电离室的离子收集效率的修正”改为附录E“电离室离子复合效应的修正”。同时，JJG 589—2008根据IAEA 1997年第277号技术报告《光子与电子束的吸收剂量测量》，对JJG 589—2001中表A7“电子束扰动修正因子PU”的内容进行了充实，增加了r=1.5 mm、r= 3.15 mm的数据，增加了附录C的表C5“高能电子束水中Z处平均能量EZ与表面平均能量E0的关系”，为PU值的计算提供了一种常用方法。

[1]胡逸民.电离辐射吸收剂量的测量[M]//胡逸民.肿瘤放射物理学.北京：原子能出版社，1999：38-98.

[2]JJG 589—2008 医用电子加速器辐射源[S].

[3]胡杰，陶建民，张莹，等.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[J].中国医疗器械杂志，2010，34（2）：94-96.

[4]GB/T 19046—2003 医用电子加速器验收试验和周期检验规程[S].

[5]曾自力.医用电子直线加速器的质量保证和质量控制[J].医疗卫生装备，2010，31（9）：116-120.

[6]IAEA.Absobed dose determination in phonton and electron beams an international code of practice.Technical reports series No.277[M]. 2nd ed.Vienna：Intemational Atomic Energy Agency，1997.

[7]王所亭，张绍刚.肿瘤放疗常见技术错误警示[J].医疗装备，2009，22（10）：1-4.

[8]余海坤，周庆华，李陆军，等.校准深度的选择对直线加速器电子束吸收剂量校准的影响[J].医疗装备，2010，23（11）：3-4.

[9]张绍刚.放射治疗中常规剂量的测算（之一）——吸收剂量的测量和加速器的刻度[J].医疗装备，2009，22（4）：1-10.

[10]JJG 589—2001 外照射治疗辐射源[S].

（收稿：2013-03-01 修回：2013-05-23）

Method for Determination of Doses Calibration of Medical Electron Linear Accelerator for Electron Ray Based on JJG589-2008

ZHU Qian-sheng1,ZENG Zi-li2
(1.Department of Oncology,Liuzhou Steel Hospital,Liuzhou 545002,Guangxi Province,China; 2.Department of Oncology,Liuzhou Municipal Liutie Central Hospital,Liuzhou 545007,Guangxi Province,China)

ObjectiveTo study the problems and countermeasures in the determination of doses calibration of medical electron linear accelerator for electron ray based on JJG589—2008.MethodsThe maximal dose depth of electron beam energies was measured with fully automatic 3D water tank,and then the related parameters were calculated or looked up, finally the dose was calibrated with dosimeter and standard water phantom.ResultsThe maximal dose depth of the energy 6 MeV was the same as that of the corresponding calibration depth of 1.0 cm,and the dose depths of other energies were all higher than those of the corresponding calibration depths of 1.0,2.0 and 3.0 cm,with the differences between 0 and 1.0 cm. The highest difference appeared with the energy 18 MeV,whose maximal dose depth was more than that of the corresponding calibration depth by 1.0 cm.ConclusionMany factors pose their influences on the determination of doses calibration of medical electron linear accelerator for electron ray,which have to be taken into considerations.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：103-105]

medical electron linear accelerator;electron ray;maximum dose depth;calibration depth;dose calibration

R318.6；TH774

A

1003-8868（2014）01-0103-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.103

朱前升（1966—），男，主治医师，主要从事放射治疗方面的研究工作。

545002广西柳州，柳钢医院肿瘤科（朱前升）；545007广西柳州，柳州市柳铁中心医院肿瘤科（曾自力）

曾自力，E-mail：gxzzl@sina.com