北京地区医用加速器高能光子水吸收剂量398、277报告的量值验证

罗 琛， 范耀东， 王 坤， 王焕宁， 鲁 向， 赵贵坤

(1.北京市计量检测科学研究院，北京 100029； 2.中国计量科学研究院，北京 100029)

1 引 言

目前我国校准医用加速器时，仍然采用IAEA 277报告[1]的水吸收剂量测量方法，即采用空气比释动能或照射量校准的电离室测量水吸收剂量；而许多发达国家已使用398报告[2]的测量方法，即直接以水吸收剂量校准的电离室测量水吸收剂量，该方法可以简化量值传递过程、减少不确定度。目前，我国已经分别建立了60Co γ射线和加速器高能光子下的水吸收剂量基准装置，并在2016年参加了国际计量局的高能光子水吸收剂量比对(BIPM.RI(I)-K6)，我国已具备60Co γ射线和高能光子下的水吸收剂量量值复现和量传能力[3～5]，迫切需要研究和建立临床剂量向水吸收剂量基准溯源的体系。

在2014年～2017年，北京市计量院对北京市部分医院放疗科医用加速器进行检定的同时，进行了基于IAEA 277报告和398报告的水吸收剂量量值比对验证实验，为398报告量值体系在我国的推行建立了实验基础。

2 实验及计算方法

实验中，将机架(gantry)角度设为0°，在治疗床上放置30 cm×30 cm×30 cm的水模体，通过激光准直器进行对位，之后加满水，在参考深度处放置电离室，通过线缆连接到控制室中的剂量仪上；通过光距尺调整源表距SSD=100 cm，调整加速器射野为10 cm×10 cm；在剂量仪中输入所需参数，对电离室加偏压，在经过电离室的预热、预照射,与环境的温度平衡后控制加速器照射定量的射线并进行测量。

277报告中，用户辐射质Q下电离室参考点处的水吸收剂量DW,Q为：

DW,Q=MQND,air(SW,air)QPuPcel

(1)

(2)

式中：g为射线产生的次级电子消耗于韧致辐射的能量占初始能量的份额，g≈0.003；W/e为电离功，即空气中每形成一对离子(其电荷量为一个电子的电荷)所消耗的平均能量，W/e=33.97 J/kg；Katt为校准电离室时，电离室室壁及平衡帽对参考辐射(一般为60Co γ射线)的吸收和散射修正，由蒙卡计算得到；Km为校准电离室时，电离室室壁及平衡帽材料对参考辐射空气等效不充分而引起的修正。

277报告中也给出了常用电离室的Katt、Km值，但是由于277报告年代太早，许多现在常用的电离室的值没有给出。另外需注意有效测量点相对几何中心前移了0.6r(r为电离室内径)[7，8]。

398报告中，用户辐射质Q下电离室参考点处的水吸收剂量DW,Q为[9～12]

DW,Q=MQND,W,Q0kQ,Q0

(3)

第二，激励管理方面。李小宁（2003）指出“产出门槛值监督”和“自我激励”是社会组织的主要激励方式。Walter O. Simmons（2010）通过数据分析指出最低薪酬与志愿者数量成正相关关系。因此美国各个州都倾向于用志愿者来取代低薪的雇员，这不仅能扩大志愿者的规模，又能提高雇员的薪酬水平。陈晓春（2006）认为社会组织主管的报酬由现期报酬和预期报酬两部分组成。张彻（2010）认为社会组织有薪酬员工薪酬管理面临的主要问题是沉淀成本。Meredith A.Newman（2012）从情绪劳动管理视角分析社会组织人员开展工作需付出沉重、复杂的情绪劳动并应对其情绪予以管理。

3 实验结果

截至到2017年10月底，项目共在北京市部分医院放疗科的医用加速器下进行了200多次量值验证实验，得到每次实验398报告测得的水吸收剂量D398和277报告测得的水吸收剂量D297的偏差，去掉离群值后，结果见图1。其中NE2571电离室的结果中，398报告比277报告的测量结果大0.23%；PTW30013电离室的结果中，398报告比277报告的测量结果大0.85%。对使用277报告和398报告进行测量的测量过程中相关不确定度分量进行评估，277报告的测量相对不确定度为2.8%，398报告的测量相对不确定度为1.4%，277报告和398报告测量结果在不确定度范围内一致[13]。

图1 398报告和277报告测量结果的偏差

如果只分析6 MV高能光子的结果，偏差更小，NE2571电离室的结果中，398报告比277报告的测量结果大0.12%；PTW30013电离室的结果中，398报告比277报告的测量结果大0.71%。如果只分析10 MV高能光子的结果，NE2571电离室的结果中，398报告比277报告的测量结果大0.51%；PTW30013电离室的结果中，398报告比277报告的测量结果大1.17%。各种情况整理见表1。

表1 398报告和277报告测量结果

4 偏差分析

4.1 辐射质修正因子kQ,Q0

398报告给出的kQ,Q0因子，是根据蒙卡模拟及实验确定的[14]。中国计量科学研究院对常用的0.6 mL商用电离室进行了验证实验，用在60Co γ射线下的水吸收剂量基准给出参考点的DW值，然后给出电离室在60Co γ 射线下的水吸收剂量校准因子ND,W,Q0；在高能光子下的水吸收剂量基准给出参考点的水吸收剂量值，然后给出电离室在高能光子下的水吸收剂量校准因子ND,W,Q。辐射质修正因子的计算式见式(4)所示。

(4)

对各电离室的由398报告得出的辐射质修正因子kQ398和实测得到的辐射质修正因子kQm进行了对比，结果见图2，图中横轴代表不同的电离室。可见398报告给出的辐射质修正因子均大于实测得到的辐射质修正因子，偏差约为千分之几。因此，根据398报告计算出的水吸收剂量值可能偏大。

图2 常用指形电离室辐射质修正因子对比结果

4.2 空气等效不充分修正因子Km与扰动因子Pu

277报告中，空气等效不充分修正因子Km与扰动因子Pu的计算式为：

(5)

(6)

分别假设室壁为石墨和PMMA，计算其Km、Pu的值，实际值应介于两者之间。再求出2种情况下3个因子乘积的计算结果和实验使用值的比值：

δ=(Katt·Km·Pu)cal/(Katt·Km·Pu)exp

(7)

上述2种假设情况δ的计算结果见表2。

表2 PTW30013 电离室的δ值

实验中Katt·Km·Pu的取值和假设室壁为纯PMMA时的计算结果基本一致，和假设室壁为纯石墨时的计算结果相比偏小，实际取值应介于纯PMMA时和纯石墨时的值之间，大于实验中的取值，这就导致使用PTW30013电离室部分的实验中用277报告计算出的水吸收剂量偏小。

将使用PTW30013电离室所得到的量值进行验证，按照室壁为纯石墨计算Km、Pu，求每次实验398报告测得的水吸收剂量D398和277报告测得的水吸收剂量D297的偏差，去掉离群值后，结果见图3。其中PTW30013电离室的结果中，398报告比277报告的测量结果大0.62%。

图3 以30013室壁为纯石墨计算测量结果的偏差

如果只分析6 MV高能光子的结果，398报告比277报告的测量结果大0.55%；如果只分析10 MV高能光子的结果，398报告比277报告的测量结果大0.74%，见表3。

表3 30013室壁为纯石墨398和277报告的测量结果

5 结 论

对北京地区医用加速器，用277、398方法分别测量水吸收剂量，实验结果在不确定度范围内一致(277、398报告给出的不确定度分别为2.8%和1.4%)，且398方法计算公式简单，体现出明显的优势，实验为推行398报告的量值体系建立了基础。

由于277报告年代较早，并没有给出室壁为2种材料的情形下Km、Pu的取值；因此在此仅能得到Km、Pu的取值区间，做定性分析，而不能给出定值。未来应对以PTW30013电离室为例的混合室壁型电离室Km、Pu因子的取值进行进一步研究。

另外测量和计算过程中，应注意：(1)398报告给出的kQ,Q0可能稍大，不同型号偏差不同，约为千分之几；(2)对于室壁包含两种材料的电离室，如PTW30013，用277报告计算Km、Pu因子时，需考虑2种材料进行取值，在误差允许范围内可按质量厚度大的材料计算。