水吸收剂量计性能测试

张园月，许诗朦，杨 乾

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

自十九世纪发现射线以来，许多天然放射性核素逐渐为人类所利用；随着科技的发展和人们需求的提高，大量人工辐射源被研制出来，如使用放射性物质的辐照器和产生辐照的机器或装置。它们被广泛用于辐射加工、辐射育种、新材料研究、公众健康诊断及肿瘤治疗等行业。

近年来，我国癌症患者显著增加，全国用于肿瘤治疗的医用加速器、60Co远距离治疗机、后装近距离治疗机等装置有近2000台。每天有大量的公众接受放射诊断检查或放射肿瘤治疗。

放射肿瘤治疗是利用辐射对癌细胞的作用，给以适当的剂量照射，抑制或杀死癌细胞，达到治疗肿瘤的目的。治疗时一方面要求有足够多的剂量照射到肿瘤上，保证肿瘤被有效消灭或抑制；另一方面又希望照射的剂量尽量小，确保癌症周围正常组织少受到照射，降低正常组织的损伤，对肿瘤治疗的要求非常严格。放射治疗机治疗患者前，必须经过校准，建立治疗时间或机器数与校准点水中吸收剂量的准确关系。该校准非常重要，是制定治疗方案和治疗计划的基础。

使用治疗水平剂量计校准放射治疗机的水中吸收剂量，校准值的准确与否取决于测量方法、剂量计的性能和溯源方式与途径。测量的剂量计必须直接或间接溯源到国家基准，以保证量值的准确可靠。为保证量值的统一，我国建立了60～250 kV X射线和60Coγ射线照射量基准，并于近期将其分别改制为相应的空气比释动能基准，满足了水中吸收剂量测量溯源的需要[1-2]，但与国际上相比也存在明显局限。自2000年开始，国际上相继建立了水吸收剂量基准，直接校准用于水中吸收剂量测量的剂量计，简化了用户水中吸收剂量的测量。目前我国还无法开展治疗水平剂量计的水吸收剂量校准，为与国际接轨并提升国内水吸收剂量的测量能力，中国测试技术研究院与加拿大合作研制60Coγ射线水吸收剂量绝对测量装置，解决国内水吸收剂量无法直接溯源的问题；同时，研制新的剂量计，提升其性能，为放射治疗中水中吸收剂量的测量提供更好的手段[3-4]。

1 剂量计

9606B剂量计由静电计、电源、MCU控制单元、AD转换器、显示单元、极化电压单元、通信单元和电离室组成。剂量计可配接多种电离室，以满足测量不同种类、能量范围、剂量大小的射线需要。示意图如图1所示。

剂量计核心单元是静电计，它是一个高增益负反馈放大器，具有极高的输入阻抗和极小的偏置电流。电离室为指形电离室，空间为0.6 cm3，是充满气体的前端封闭的空腔，空腔也是电离室的外电极，其中心是收集极，两极间加一定电压。射线照射到电离室，在腔内引起气体电离产生离子对，在极间电场作用下，电离离子定向移动形成电离电流，电离电流经静电计放大，放大后的信号由AD转换器转换为数字信息，经控制单元处理后，将其显示出来或进一步送到上位机处理。

电离室极间电压由极化电压单元产生，可在0～300V范围内，以50V步进改变，且极化电压极性可反转，可同时满足复合损失测量和极性效应测量的需要。通常将电离室极化电压设为-300V。

上位机可通过通信单元实现对剂量计的控制，完成剂量计参数的修改和剂量测量，实现剂量计参数和测量结果的上传。

图1 剂量计原理框图

吸收剂量测量的准确性与溯源、测量方法、测量过程和剂量计的品质有关，剂量计的性能主要包括重复性、非线性、能量响应、漏电（零点漂移）等因素。

2 实验设备

中能X射线空气比释动能绝对测量装置（副基准级），由X辐射源、附加过滤、弱电流测量系统、基准电离室、定位平台组成。X射线辐射源为德国YXLON公司生产MG325型，管电压范围为15～320 kV，出窗为3mmBe窗。通过改变附加过滤，在60～250 kV管电压范围建立相应的辐射质，如表1所示，在距焦点1m处的测试平面上，其射野为φ10 cm。量值测量系统为平行平板型自由空气电离室和基于汤逊补偿法的弱电流测量系统。使用绝对测量的方法复现距焦点1m处的空气比释动能。电离室定位准确度＜0.5mm。

60Coγ射线空气比释动能（治疗水平）标准装置由60Coγ射线源、储源室、准直器、定位平台和标准治疗水平剂量计组成，源的平均能量为1.25MeV，距源1m处野为φ10cm，电离室定位准确度＜0.5mm[5-6]。

90Sr监督源：该源为90Srβ射线源，其半衰期为28.5年。

被测仪器：9606B剂量计。

3 测量方法和结果

3.1 重复性

表1 中能辐射质

剂量计的主机与电离室相连，预热15min，检查漏电流，待漏电流符合要求后，取下电离室平衡帽，将电离室沿90Sr监督源上的定位孔放入源室中，同时将温度计从温度计孔放入，静置30min，等待电离室与源室内温度充分平衡，将剂量计内部定时设为60 s，测量剂量计60 s内的读数。相同条件下重复测量10次，由下式以相对实验标准偏差计算它的重复性，测试结果如表2所示。

表2 样品的重复性

式中：Ri——第i次的读数；

3.2 非线性

按重复性测量的方法安排测量仪器，在Low量程上进行测试，该量程满量程为2.0000，分别在0.3000，0.500 0，1.0000，1.5000，1.8000 附近选择 5 个点，以该量程中间点为参考点，参考重复性测量时每分钟内的读数，计算示值累积到每个测量点的时间，逐一将每个测量点的测量时间设置到剂量计，测量每个测量时间段内的示值，用下式计算每个测量点与参考点的相对误差Vi值，用其中最大偏离值表示仪器的非线性，测量结果见表3[7]。

式中：ti——第i个测量点的设置时间；

Ri——达到第i个测量时间时的读数；

tr——参考点的设置时间；

Rr——达到参考测量时间时的读数。

3.3 能量响应

剂量计响应为剂量计测量示值与剂量约定真值的比，它与剂量率的大小、示数和入射射线的种类及能量有关。水吸收剂量计用于60～300kV X射线、2～50MV 医用光子束和电子束、60Co（137Cs）γ 射线、50～250MeV 质子束、100～450MeV/u重离子束的剂量测量，使用能量范围宽[8-10]。在相同剂量（率）时，剂量计对不同能量的响应不一样。剂量计的能量响应取决于电离室，其主要变化在60～300kV X射线和X射线与60Coγ射线能量段，分为X线能量响应和X、γ能量响应。

使用中能X射线空气比释动能绝对测量装置测试剂量计的X射线能量响应。将被测剂量计置于场中，电离室置于复现量值位置，其测量点与量值参考点重合，分别在 60，100，135，180，250 kV 管电压时的辐射质下（其管电流和附加过滤与量值复现时相同），测量剂量计示值，各测量点的示值与该点的复现量值之比即为该点的响应，用其中最大响应值减去最小响应值，然后除以参考辐射质下（180 kV的辐射质）的响应，即得到该剂量计的X线能量响应。

表3 样品的非线性

表4 样品的能量响应

将剂量计置于60Coγ射线空气比释动能（治疗水平）标准装置辐射场中，其电离室置于1m处的测试平面上，测量剂量计的示值，测得的示值与该点的标准值比较，计算出60Coγ射线响应，用该响应与X射线参考辐射质的响应之差，除以X射线参考辐射质的响应，得到X、γ射线的能量响应，测试结果见表4。

4 结束语

测试数据表明：9606B剂量计的重复性小于0.1%，满足JJG 912——2010《治疗水平电离室剂量计》检定规程和IEC 60731——2011《用于放射治疗的电离室剂量计》中剂量计重复性应小于0.5%的要求；剂量计的非线性小于0.1%，满足JJG 912——2010和IEC 60731——2011中要求该项指标小于±1%的要求；电离室的X线能量响应小于3.0%，满足JJG 912——2010和IEC 60731——2011中该项指标不大于4%的要求；电离室的X与γ能量响应小于±1.5%，满足JJG 912——2010和IEC 60731——2011中该项指标不大于±4%的要求。

[1]ICRU.International commission on radiation units and measurements determination of absorbed dose in a patient irradiated by beams of X or gamma rays in radiotherapy procedures[S].ICRU Report Bethesda，1976（24）.

[2]Absorbed Dose Determination in Photon and Electron Beams:An adaptation of the IAEA International Codes of Practice （2nd Edition）[S].IAEA Tech.Series No.277.Vienna:IAEA，1998.

[3]张园月.医用高能光子水吸收剂量测量规范TRS-277与TRS-398 比较[J].中国测试技术，2009（2）：14-17.

[4]张园月.医用电子束吸收剂量测量中的平行板电离室校准[J].中国测试技术，2009（3）：24-27.

[5]黄扬.X、γ射线照射量（治疗水平）标准装置技术研究[J].中国测试技术，2005（6）：32-35.

[6]JJG 589—2008外照射治疗辐射源[S].北京：中国计量出版社，2008.

[7]JJG 912—2010治疗水平电离室剂量计[S].北京：中国计量出版社，2010.

[8]IAEA.The use of plane-parallel ionization chambers in high-energy electron and photon beams.An International Code of Practice for Dosimetry[S].Technical Report Series no Vienna，IAEA，1997（381）.

[9]IAEA.Absorbed dose determination in external beam radiotherapy.An International Code of Practice for Dosimetry Based on Standards of Absorbed Dose to Water[S].Technical Report Series no，Vienna，IAEA，2000（398）.

[10]IAEA.An international code of practice for dosimetry based on absorbed dose to water IAEA Tech.Series No.398,Absorbed dose determination in external beam radiotherapy[S].Vienna IAEA，2004.

[11]IEC 60731—2011Medical electrical equipment-dosimeters with ionization chambers as used in radiotherapy[S].IEC，2011.