淺析醫(yī)用加速器輻射劑量測量儀的現(xiàn)狀及發(fā)展

楊旭，王劍剛，賀新穎，馬爽，韓薇

吉林大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程系，吉林長春 130062

0 前言

隨著國內(nèi)腫瘤發(fā)病率上升，越來越多的醫(yī)院面臨著腫瘤治療的問題。醫(yī)用直線加速器是腫瘤放射治療的必備儀器，在應(yīng)用加速器的同時(shí)，加速器的輻射劑量問題也是日益突出。因此，預(yù)防輻射對(duì)人體的傷害和對(duì)環(huán)境的污染等問題受到廣泛關(guān)注。輻射劑量測量儀以測量吸收劑量為主，輔以加速器其他方面的監(jiān)測工作，進(jìn)而控制了放射治療過程中諸項(xiàng)問題的產(chǎn)生。目前，國內(nèi)加速器輻射劑量測量儀的研制采用了多種探測方法，主要有3種類型，見圖1。常用的輻射測量探測元件有電離室探測器，G-M計(jì)數(shù)探測器，半導(dǎo)體探測器和熱釋光探測器[1-2]，本文對(duì)4種探測元件從工作原理、功能特性、優(yōu)缺點(diǎn)、現(xiàn)狀與發(fā)展等方面進(jìn)行分析比較。

1 輻射劑量測量儀的基礎(chǔ)理論

1.1 輻射劑量測量儀基本原理對(duì)比（表1）

1.2 輻射劑量測量儀優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比（表2）

1.3 輻射劑量測量儀影響因子對(duì)比（表3）

圖1 輻射劑量測量儀的種類

表1 各種輻射劑量測量儀基本原理對(duì)比

表2 各種輻射劑量測量儀優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

表3 各種輻射劑量測量儀影響因子對(duì)比

2 國內(nèi)、外輻射劑量測量儀的現(xiàn)狀與發(fā)展

2.1 電離室探測器的現(xiàn)狀與發(fā)展

電離室探測器廣泛地應(yīng)用于輻射加工、放射治療、個(gè)人防護(hù)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的劑量測量，特別是在放射治療中，準(zhǔn)確的劑量測量是放射治療質(zhì)量保證的重要手段。2000年楊震，崔宏建[3]介紹了仿FARMER電離室劑量儀的構(gòu)造原理及使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)。2003年陳靖等[4]研制出一種由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面軟件組成的新型電離室劑量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了使用方便、性能穩(wěn)定、可靠性高、適用范圍廣泛的目標(biāo)。2005年沈春花[5]通過不同型號(hào)的診斷X射線劑量檢測方法，比較分析了電離室與半導(dǎo)體技術(shù)的輻射劑量的探測，得出美國生產(chǎn)的RADCAL-9095新增加了管電流及非介入式mAs的測量。有利于診斷X射線輻射品質(zhì)的進(jìn)一步提高，代表了目前X射線劑量探測技術(shù)的發(fā)展方向。2008年蔣艷君等[6]學(xué)者采用Farmer劑量儀進(jìn)行加速器輸出劑量穩(wěn)定性的監(jiān)測，結(jié)果表明Farmer劑量儀是全身照射中輸出劑量穩(wěn)定性監(jiān)測的有力工具。2009年王小平等[7]采4種不同電離室探測器，按IAEA TRS398和TRS227號(hào)報(bào)告進(jìn)行測量分析得出，采用不同的計(jì)量儀和不同的測量規(guī)程得到的結(jié)果基本相同，且測量誤差復(fù)合國標(biāo)要求。

2.2 G-M計(jì)數(shù)探測器的現(xiàn)狀與發(fā)展

1928年，蓋革和彌勒發(fā)明了蓋革計(jì)數(shù)管即：蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管縮寫為G-M計(jì)數(shù)管。蓋革計(jì)數(shù)管可用來檢測各種物質(zhì)和周圍環(huán)境的放射性，甚至可以勘探到鈾礦樣品，蓋革計(jì)數(shù)管還可以檢測到地下的氡。把G-M計(jì)數(shù)管做成一種高精度的探測器，如G-M計(jì)數(shù)探測器是智能型袖珍儀器，它采用最新的功能較強(qiáng)的單片機(jī)技術(shù)[8]制作而成，主要用來監(jiān)測X射線和γ射線等[9]，能夠及時(shí)提醒工作人員注意安全[10]。岳清宇等[11]介紹并分析了G-M計(jì)數(shù)管適用于環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測的特點(diǎn)和存在的主要問題，討論了G-M計(jì)數(shù)管用于環(huán)境連續(xù)監(jiān)測的許多可取之處，并進(jìn)一步研究改進(jìn)和發(fā)展。2009年石會(huì)路[12]等學(xué)者采用蓋革—彌勒計(jì)數(shù)管研制出一種基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的小型高靈敏度γ劑量率監(jiān)測儀，研究表明該儀器本靈敏度高、穩(wěn)定性好，不僅可以準(zhǔn)確記錄γ射線劑量和及時(shí)報(bào)警，而且能夠?qū)崿F(xiàn)輻射防護(hù)最優(yōu)化目標(biāo)。同年王俊華等[13]統(tǒng)以89S51單片機(jī)為核心，研制出一種具有自動(dòng)檢測、自動(dòng)分類、自動(dòng)顯示、多種聲響提示和故障自動(dòng)診斷等功能的微型檢測儀器，且該儀器能夠有效地防止輻射對(duì)人產(chǎn)生的傷害。

2.3 半導(dǎo)體探測器的現(xiàn)狀與發(fā)展

2001年趙士安及歐向明等[14]研制出一種可提供劑量測量（0.001～9999mGy），劑量率測量（0.001～9999mGy/s）和曝光時(shí)間測量（0.001～9999s）的RD298智能型放射診斷X射線劑量儀。2004年趙士安及歐向明[15]對(duì)RD-98半導(dǎo)體探測器采用與標(biāo)準(zhǔn)電離室比對(duì)的方法進(jìn)行劑量學(xué)性能研究。結(jié)果表明，RD-98半導(dǎo)體探測器的能量響應(yīng)好于5%，具有卓越的輻射響應(yīng)線性和抗沖擊等特性，符合IEC作為診斷X射線劑量儀探測器的劑量學(xué)要求。2005年徐建一等[16]介紹了最新研制的TQ-2000型多通道劑量儀，研究表明它與體模配套使用，能夠滿足全身照射（TBI）測量和劑量分布（IMRT）測量的要求。2005年歐向明等[17]通過對(duì)RD298智能型診斷X射線劑量儀、瑞典的RTI Solidose R2400、德國的PTWDIADOS診斷 X射線劑量儀以及美國的Radcal-9010的能量響應(yīng)特性進(jìn)行比較分析得出國產(chǎn)的RD298診斷劑量儀與進(jìn)口劑量儀能量響應(yīng)性能均符合IEC要求，且半導(dǎo)體探測器的能響特性與電離室劑量儀沒有差別，進(jìn)而推斷出半導(dǎo)體探測器劑量儀替代電離室診斷X射線劑量儀的發(fā)展趨勢。2006年吳愛東等[18]通過對(duì)P2型電子束半導(dǎo)體探測器在不同的電子束照射條件下的實(shí)際劑量測量，定量地評(píng)估了不同照射條件下電子束半導(dǎo)體探測器的劑量特性及其對(duì)電子束均勻照射野擾動(dòng)的影響。研究表明半導(dǎo)體探頭作為電子束的實(shí)時(shí)劑量驗(yàn)證不宜多次使用，因?yàn)樘筋^的擾動(dòng)效應(yīng)和陰影效應(yīng)影響電子束射野表淺部深度的劑量分布，最終影響腫瘤的治療療效。2008年蔣艷君等[6]采用X線全身照射用多通道半導(dǎo)體劑量儀對(duì)23例患者進(jìn)行實(shí)時(shí)劑量監(jiān)測，結(jié)果表明多通道半導(dǎo)體劑量儀適合用于全身放射治療患者體表的實(shí)時(shí)劑量監(jiān)測。

2.4 熱釋光探測器的現(xiàn)狀與發(fā)展

熱釋光探測器廣泛應(yīng)用于輻射防護(hù)、放射醫(yī)學(xué)、放射生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、考古學(xué)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。個(gè)人計(jì)量檢測（TLD），用于放射性工作人員的個(gè)人劑量監(jiān)測等方面，也獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，個(gè)人劑量監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過膠片和熱釋光現(xiàn)已發(fā)展到了探側(cè)材料采用的是Al2O3：C晶體的光致發(fā)光技術(shù)[19]。1999年趙建興等[20]改進(jìn)了RGD3型熱釋光劑量儀，在標(biāo)準(zhǔn)光源穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)分散性以及發(fā)光曲線測讀效果等方面都有了較明顯的改善和提高。2004年馬永忠等[21]使用RTS-200二維掃描水箱、ELEKTA Precise醫(yī)用電子直線加速器及RGD-3B熱釋光劑量測量儀等設(shè)備進(jìn)行了GR-200A熱釋光探測器對(duì)電子線劑量測量的最佳條件的研究，結(jié)果表明，GR-200A熱釋光探測器可初步實(shí)現(xiàn)放射治療劑量和個(gè)人劑量當(dāng)量的測量，在醫(yī)用高能電子線劑量測量中有一定的實(shí)用價(jià)值。2004年李寶廷等[22]對(duì)熱釋光劑量計(jì)和熱釋光磷光體的能量響應(yīng)、線性范圍等十幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了敘述并對(duì)使用方法作了詳細(xì)介紹，結(jié)果表明正確的使用和進(jìn)一步的開發(fā)熱釋光劑量計(jì)可以使其發(fā)揮更大的作用。2005年田崇彬等學(xué)者使用LiF（Mg，Cu，P）玻管探測器，檢測了X射線診斷受檢者的體表劑量。研究指出熱釋光測量將應(yīng)用于放療、核醫(yī)學(xué)、以及介入治療等各種醫(yī)療照射之中[23]。2010年楊琳及周睿東[24]探討了熱釋光劑量測量的質(zhì)量控制，研究表明熱釋光測量系統(tǒng)和探測器的穩(wěn)定性、熱釋光探測器的分散性、測量系統(tǒng)刻度因子等直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此在開展熱釋光劑量測量時(shí)要嚴(yán)格控制這些因素對(duì)測量結(jié)果的影響。2011年趙建興等[25]研制出了RGD6 型熱釋光儀，在功能設(shè)計(jì)、測量靈敏度及數(shù)據(jù)分散性等方面均能滿足熱釋光測量的性能要求。

3 展望

我國醫(yī)用加速器輻射劑量測量儀的開發(fā)與利用具有廣闊的前景，目前的輻射劑量儀無論從指標(biāo)上還是功能上都需要進(jìn)一步提高，我們需要提高輻射劑量儀的檢測電路的精度，能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)的反應(yīng)測量值，還可以提高輻射劑量儀的功能特性，不僅是單一的測量，還可以更加智能化，如存儲(chǔ)測量的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫，用曲線顯示測量的數(shù)據(jù)，與電腦聯(lián)機(jī)，進(jìn)行遙控技術(shù)和打印等。輻射測量儀不僅可以測量加速器的輻射劑量也可以用與其他的領(lǐng)域，如個(gè)人輻射的防護(hù)及工作在一些輻射場合的人員，還可以用于探測礦物、石油、天然氣、稀有元素以及檢查管道泄露等很多領(lǐng)域，新型劑量測量儀仍具有較大的研發(fā)空間，我們還需要對(duì)劑量儀進(jìn)一步的探究，從而促進(jìn)我國劑量測量儀的蓬勃發(fā)展。

[1]岳清宇,王薇,盛沛茹.G-M計(jì)數(shù)管在環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測中的應(yīng)用[J].輻射防護(hù),2005,25(4):227-230.

[2]周偉,方方,李琳琳,等.一種新型便攜式輻射檢測儀的實(shí)現(xiàn)[J].核電子學(xué)與探測技術(shù),2009,29(3):546-549.

[3]楊震,崔宏建.劑量儀工作原理及其使用[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2000,(15)4:21-22.

[4]陳靖,張輝,楊元第.新型電離室劑量儀的研制[J].現(xiàn)代測量與實(shí)驗(yàn)室管理,2003,11(1):12-14.

[5]沈春花.四種不同型號(hào)診斷X射線劑量儀的劑量探測技術(shù)概述[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2005,2(10):33-34.

[6]蔣艷君,申良方,童懿.X線全身放射治療中的實(shí)時(shí)劑量監(jiān)測[J].中國醫(yī)學(xué)工程,2008,16(4):308-309.

[7]王小平,胡筱玉,胡海芹.X線劑量測量中IAEA TRS398 和TRS277號(hào)報(bào)告的比較[J].井岡山學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2009,30(2):102-103.

[8]沈建華,楊艷琴.MSP430序列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.

[9]范銳鋒.平能量響應(yīng)銀活化探測器研制及其在強(qiáng)X、γ場中中子注量測量研究[D].綿羊:中國工程物理研究院,2004.

[10]梁炎昌,趙建.γ劑量率測量儀的研制[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2007,30(8):187-188.

[11]岳清宇,王薇,盛沛茹.G-M計(jì)數(shù)管在環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測中的應(yīng)用[J].輻射防護(hù),2005,25(4):227-230.

[12]石會(huì)路,庹先國,奚大順,等.高靈敏度γ劑量率監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)與研制[J].核電子學(xué)與探測技術(shù),2009,29(2):312-315.

[13]王俊華,杜曉,周加超.基于89S51單片機(jī)的放射性劑量儀研制[J].核電子學(xué)與探測技術(shù),2009,29(5):954-958.

[14]趙士安,歐向明,王作嶺,等.RD-98 智能型診斷X射線劑量儀的研制[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù),2001,21(1):50-52.

[15]趙士安,歐向明.RD-98半導(dǎo)體探測器的劑量學(xué)特性研究[J].中國輻射衛(wèi)生,2004,13(1):71-72.

[16]徐建一,鄒緒春,張友德,等.TQ-2000型多通道劑量儀[J].中國測試技術(shù),2005,31(6):136-138.

[17]歐向明,趙士庵.4種診斷X射線劑量儀能量響應(yīng)的比較[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù),2005,25(2):159-160.

[18]吳愛東,陳義學(xué),吳宜燦,等.P2型半導(dǎo)體探測器在放射治療中的劑量特性研究[J].原子核物理評(píng)論,2006,23(2):224-228.

[19]周程,崔揚(yáng).OSL在個(gè)人劑量監(jiān)測的應(yīng)用探討[J].核電子學(xué)與探測技術(shù),2008,28(6):1066-1030.

[20]趙建興,王家祺,李元方,等.RGD3型熱釋光劑量儀的改進(jìn)[J].核電子學(xué)與探測技術(shù),1999,19(2):113-117.

[21]馬永忠,萬護(hù),王時(shí)進(jìn),等.用GR-200A熱釋光探測器測量醫(yī)用高能電子線劑量[J].中國衛(wèi)生工程學(xué),2004,3(2):66-69.

[22]李寶廷,石二為,李順福.熱釋光劑量計(jì)的特性及使用方法[J].中國輻射衛(wèi)生,2004,13(3):219-210.

[23]田崇彬,張欽富,程曉軍,等.熱釋光劑量計(jì)在輻射防護(hù)及醫(yī)療照射檢測中的應(yīng)用[J].中國輻射衛(wèi)生,2005,14(3):190-200.

[24]楊琳,周睿東.熱釋光劑量測量的質(zhì)量控制[J].中國輻射衛(wèi)生,2010,19(2):173-174.

[25]趙建興,王鋒,唐開勇,等.RGD6型熱釋光儀研制[J].核技術(shù),2011,34(2):103-106.