利用井型电离室测量后装放射源192Ir活度的方法及放射源活度的验证

罗斌，李贤富，郭飞，曹璐，许鹏，谢力，阳华东

1.医学影像四川省重点实验室，四川省肿瘤学重点学科，四川南充637000；2.川北医学院附属医院肿瘤科，四川南充637000

前言

在各种妇科恶性肿瘤疾病中，宫颈癌的身影并不少见，以2015年国家癌症中心统计的妇科肿瘤发病构成来看，其占比为6.24%，排名第6［1］。同时，宫颈癌的发病率也大于卵巢癌和子宫内膜癌，新发病例数已逐渐逼近14 万/年的规模［2-3］。随着越来越多的患者呈现出年轻化、转移化且易复发的特征，且发病比例呈逐年上升的趋势，这严重影响了广大患者的生命健康和生活质量。作为宫颈癌的重要治疗手段，外照射与后装腔内照射的有机结合仍然是大多数放疗中心的首要选择［4-5］。在CT 三维图像引导下的后装近距离治疗技术由于具有更准确的图像信息、更完善的靶区DVH 评价机制，提高了疗效，有效降低了膀胱和直肠的副反应，得到了GEC-ESTRO 等组织和机构的大力推荐［6］。而作为后装治疗剂量准确传递的基础，192Ir源的活度检测就显得尤为重要［7］。

PTW Unidos E 剂量计和PTW SOURCECHECK 4π 井型电离室操作简便、可靠性高，不需额外添加诸如指形电离室、专用定位支架、有机玻璃水箱等装置。它减少了多余的测量环节，能够在各大医院的放疗中心更好地实施192Ir源活度验收、标定及检测的操作。本文重点阐述了井型电离室测量192Ir 源活度的理论基础和实际应用。分析并讨论可能会涉及到的误差，提出行之有效的改进方法，确保了后装放射源192Ir活度检测的准确性。

1 材料与方法

1.1 理论基础

对于后装腔内照射治疗所使用的192Ir 源强度表示方法，总的来说有4种，即毫克镭当量meq［8］、参考照射量率Rx、显活度Aapp和空气比释动能强度Sk。在国内，大部分的临床科研单位还是习惯使用外观活度或显活度Aapp来定义192Ir 源活度。Aapp是指同种核素的裸源和密封源在相同位置处产生的照射率相同时，裸源的活度即为该密封源的活度。由电离室法可知［9-10］：

综合式（1）～式（3）可推出：

由式（4）可知，Aapp可通过SK、空气比释动能率常数求得。而在井型电离室法中，SK又与剂量仪读数M、参考空气比释动能率校准因子Nsk及KT,P成正比关系［12］，即：

其中，M表示剂量仪读数，单位：nA；KT,P表示温度气压校正系数；Nsk表示参考空气比释动能率校准因子，其值等于参考空气比释动能率标准值与修正到参考环境条件的被校准仪器对源在有效校准点的读数比值。参考该井型电离室的校准证书，取值为9.009×105Gy·m2·h-1·A-1；Aion表示电离电荷复合率校正因子，其值约等于1；W/e表示在空气中生成一个离子对所消耗的平均电离能，为33.97 J/C。由式（6）可知，参考空气比释动能率校准因子Nsk和空气比释动能率常数均可查表求得。厂家提供的空气比释动能率常数为110 μGy·h-1·GBq-1·m2。剂量仪默认值：T0=20 ℃、P0=101.325 kPa。只要采集测量现场的温度T、气压P及剂量仪读数M就可算出所用后装放射源在该时刻的活度Aapp。

1.2 实验设备及测量仪器

测量中所使用的后装治疗机为Nucletron 核通公司生产的microSelectronV3 型高剂量率治疗机，搭载的系统版本为4.3.0.410。其输出的治疗报告中也较为明确地列出了所用192Ir 源的两种主要的强度表示方法，即显活度Aapp（Ci）和空气比释动能强度Sk（μGy·m2·h-1），详见图1。剂量计和井型电离室均为PYCHLAU 博士有限公司生产的PTW 系列产品，型号分别为PTW Unidos E 和PTW SOURCECHECK 4π，二者可以做到很好的相互兼容。该井型电离室主要参数详见表1。

图1 计划系统源活度计算值Fig.1 Calculated source activity of planning system

表1 井型电离室参数Tab.1 Well-type ionization chamber parameters

1.3 测量方法及参数设置

参照本文第1.1 小节中理论基础所述，测量时首先将井型电离室置于后装机前方，距墙面大于1.5 m、离水平地面1.0 m 的专用木质支架上。采用标配的金属施源器1 号管连接后装机1 号输出通道和井型电离室测量插件对应的接口。在PTW Unidos E的参数调整界面上选择Electronic 模式，量程改到最大的high档，提前预热30 min并归零校准。后装治疗机房中的T、P等基础数据均由DYM3 型空盒气压表和GJWS-B2 型温湿度表进行采集。具体的摆位操作和参数设置见图2。

图2 摆位及参数设置Fig.2 Positioning and parameter setting

然后根据井型电离室中间预留孔径的长度确定其最大感应电流值M的有效测量点。在操作间先编一个测量长度为15 cm、步进5 mm、各点驻留时间10 s 的测试计划QA1。出源后通过监控摄像头可记录剂量仪显示的最大电流值，其具体响应位置为距底端约4.5 cm 处。再由该具体响应位置将测量长度的范围缩小，4.5 cm 处的驻留时间设为120 s，并保存为测试计划QA2。上述两个计划的截图见图3和图4。

图3 测试计划QA1Fig.3 Test plan QA1

图4 测试计划QA2Fig.4 Test plan QA2

调用测试计划QA2，有效点测量时间120 s不变，其余驻留点为10 s。偏压设置为400 V，M取3次测量的平均值进行记录。将与测量所用井型电离室相对应的空气比释动能强度刻度因子Nsk=9.009×105Gy·m2·h-1·A-1、该192Ir源对应的空气比释动能率常数及现场T、P值一起代入式（6）中，即可测得Aapp。测量值与计划系统计算值之间的相对误差为：（计算值-测量值）/测量值×100%。

1.4 统计学方法

通过SPSS20.0 统计学软件进行数据分析，数据进行Shapiro-Wilk 检验，符合正态分布的计量资料采用配对样本t检验；不符合正态分布的计量资料采用配对样本秩和检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在为期7个月的QA 测量中，所有步骤均按第1.3节中方法严格执行。14 次的随机测量值与计划系统计算值的相对误差范围均在±1% 之内，离散度为-0.915%～+0.946%，全部测量结果的平均偏差为0.495%。其结果及趋势图详见表2 和图5。对表2 中的计算值和测量值进行统计分析，结果显示二者的差值服从正态分布，两组数据比较差异没有统计学意义（t=0.443,P=0.665）。

表2 测量值与系统计算值相对误差Tab.2 Relative error of measured value and calculated value

图5 相对误差趋势图Fig.5 Relative error trend chart

由表2 中该192Ir 源Aapp的测量值随时间变化的趋势所制成的拟合曲线详见图6。若测量时间和活度值分别用x、y来表示，则测量值随时间变化的拟合衰变公式为：y=5.638 1e-0.009x。衰变常数0.009 d-1与理论值即λ=(ln2)/74.2≈0.009 34 d-1相一致。同时，按照测量条件的要求，井型电离室不能直接置于水平地面。随机选取川北医学院附属医院新购进某192Ir 源的一次质控为例，系统显示其计算值为3.842 Ci。在其他条件均相同时，井型电离室置于木质支架与水平地面各测量10 次并分别记为Aapp1和Aapp2。两者的相对误差计算公式同表2，计算结果详见表3，Aapp2与Aapp1之间虽然相对误差较小但差异有统计学意义（Z=-2.869,P=0.004）。

图6 计算值与测量值衰变趋势对比图Fig.6 Comparison of the decay trend of calculated values and measured values

表3 Aapp1与Aapp2相对误差Tab.3 Relative deviation of Aapp1 and Aapp2

3 讨论

由表2数据可知，本文的测量结果与计划系统计算值之间误差较小，符合国标WS262-2017 中±5%以及美国医学物理学会AAPM-TG43及IAEA1274号报告书中临床应用±3%的限值标准［13-16］。将表2 中测量值进行指数拟合，所得指数衰变公式中的衰变常数λ 为0.009 d-1。查表可知，192Ir 的T1/2为74.2 d，由λ=ln2/T1/2可推出标准的λ 为0.009 d-1。这表明测量值与192Ir源的放射物理特性也吻合，说明其放射性核纯度高，杂质较少［17］。

再由表3 可知，Aapp2与Aapp1之间的相对误差均为正值，Aapp2较Aapp1偏大，即井型电离室若直接置于水平地面，则会因为地面建筑材料散射影响使得测量值偏大。所以QA 测量时不能贪图简便，需采用支架让电离室远离地面，减少散射影响，确保测量精度。

此外，在运用PTW 设备验证192Ir 源活度的过程中，质控物理师要想达到较好的QA 精度，除了要做好扎实的理论储备和工作铺垫，还要从以下的几点出发尽量减少误差的出现：（1）对于192Ir 源活度验证所涉及到的几种常见强度表示方法如Aapp（Ci）、Sk（μGy·m2·h-1）等要加以联系和区分［18］。后装源生产厂家不同，所采用的表示方法及单位也会有所变化，视具体情况可用式（5）、式（6）进行转换。确保在换源或治疗机大修之后的活度标定能够正常进行；（2）要仔细检查所用PTW 设备的校准证书。若T、P等基础数据没有按照标准实验室条件（T0=20 ℃、P0=101.325 kPa）校准，则需要按照式（8）计算温度气压校正系数［19］：

式中，P1表示电离室在国家实验室校准时的气压（≠101.325 kPa）；T1表示电离室在国家实验室校准时温度（≠20 ℃）；P表示测量现场大气压；T表示测量现场温度。即当T＞T1时，测量现场空气密度值较低，需乘以(273.2+T)/(273.2+T1)；当P＞P1时，测量现场空气密度值较高，需乘以P1/P，反之亦然；（3）不同的井型电离室、放射源所对应的Nsk和不同。Nsk要根据每年度的校准证书来进行设置，则需要参考后装源生产厂家所出具的检验报告，不能直接使用常见标准值113 或111 μGy·h-1·GBq-1·m2来进行计算。

PTW Unidos E 剂量计和PTW SOURCECHECK 4π 井型电离室能够在大型医院放疗中心准确检测放射源活度，而且操作简便，不需要水箱等其他外围设备支持，较指形电离室法更为实用。这与近年来的研究结果较为相符［20-23］。表2 中每次的测量值按照源的衰变规律衰减，与计划系统计算值非常接近，说明测量准确；所有的测量值与计算值的衰变趋势趋于一致，说明本院所用放射源是按照标准衰变常数（λ=ln2/T1/2，T1/2=74.2d）衰变，即该源含杂质少，纯度高，能满足精准治疗的要求。由表3 数据可知，当井型电离室置于地面时，由于地面建筑材料散射导致测量值增加，所以本院使用高约1 m 的木质支架平台。井型电离室置于平台，减少了地面散射对测量值的影响以精确测量放射源的活度。同时应注意电离室四周都应远离杂物、墙壁等以减少散射，提高测量精度。表2 和表3 中数据所反映的衰变趋势和散射影响研究在刘宝喜实验结果中也有较为充分的体现［24］。在“精准放疗”时代，准确检测、刻度192Ir 源的活度是精确设计治疗计划、精准治疗的前提。我们必须注意放射源活度测量的每一个环节、每一个参数。

综上所述，井型电离室能够准确地测量192Ir 源的活度，本院所使用的放射源按照理想的半衰期衰变，放射源杂质少、纯度高。