基于JJG 589—2008的醫(yī)用電子直線加速器電子束劑量刻度方法測定

朱前升，曾自力

基于JJG 589—2008的醫(yī)用電子直線加速器電子束劑量刻度方法測定

朱前升，曾自力

目的：通過介紹基于JJG 589—2008的醫(yī)用電子直線加速器電子束劑量的校準刻度方法，分析校準刻度中遇到的問題，提出解決方法。方法：采用全自動三維水箱測量電子束各能量的最大劑量深度，計算或查出相關(guān)參數(shù)，用劑量儀和標準水模體校準刻度。結(jié)果：能量6 MeV的最大劑量深度與相應(yīng)的校準深度取值（1.0 cm）相同，其余各能量的最大劑量深度皆大于相應(yīng)的校準深度取值1.0、2.0、3.0 cm，相差為0～1.0 cm，差值最大的為能量18 MeV，最大劑量深度值比相應(yīng)的校準深度取值大1.0 cm。結(jié)論：醫(yī)用電子直線加速器電子束劑量的校準刻度與許多因素有關(guān)，校準刻度時應(yīng)全面考慮各種因素的影響。

醫(yī)用電子直線加速器；電子束；最大劑量深度；校準深度；劑量刻度

0 引言

醫(yī)用電子直線加速器所產(chǎn)生的高能電子束的表面劑量較高，當很快到達最大劑量點深度后，進入劑量“坪區(qū)”，至射程末端時，劑量急劇跌落。因此，不同能量的電子束具有確定的、不同的有效治療深度。電子束的這一劑量分布特點，決定了在臨床腫瘤放射治療中用它來治療表淺的、偏體位一側(cè)的病變和浸潤的淋巴結(jié)，可有效地避免對靶區(qū)后深部組織的照射。生物學(xué)效應(yīng)的大小程度與組織中所吸收的電離輻射的能量成正比，確切了解組織中所吸收的電離輻射的能量對評估放療的效果及其副作用是非常重要的，它的精確確定是進行放療最基本的物理要素[1]。在大的放射治療中心接受放射治療的患者中，約15%左右的患者在放射治療過程中要應(yīng)用高能電子束。其劑量準確與否將直接影響患者的受照射劑量。然而，醫(yī)用電子直線加速器電子束劑量校準刻度與從事校準刻度人員的水平、理解劑量校準的相關(guān)規(guī)定及公式、數(shù)據(jù)計算方法、相關(guān)技術(shù)指標的選擇、測量條件等許多因素有關(guān)，因此，劑量校準刻度時應(yīng)全面考慮各種因素的影響。本文根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的《JJG 589—2008 醫(yī)用電子加速器輻射源》[2]內(nèi)容全面介紹了Varian 23EX醫(yī)用電子直線加速器電子束劑量的校準刻度方法測定。

1 材料與方法

1.1 被測儀器

瓦里安23EX醫(yī)用電子直線加速器。電子束能量分別為 6、9、12、15、18、22 MeV，電子束劑量率在100～1 000 cGy/min范圍內(nèi)。加速器源到治療電子束限光筒末端的距離為95 cm，電子束限光筒最大尺寸為30 cm×30 cm。

1.2 校準刻度條件及設(shè)備要求

電子束劑量校準刻度時，環(huán)境溫度、大氣壓強和相對濕度在規(guī)定范圍內(nèi)；環(huán)境輻射為本底。全自動三維掃描水箱，最小步進距離、位置和重復(fù)的準確度不大于1.0 mm；電離室劑量儀符合有關(guān)規(guī)定的要求。容積為30 cm×30 cm×30 cm的標準水模體，以電離室?guī)缀沃行臑?線刻度，最小分度值為1.0 mm。溫度計、氣壓計的測量范圍和最小分度值在規(guī)定范圍內(nèi)。

1.3 電子束不同能量的最大劑量深度測量

在特定照射條件下，電子束限光筒的尺寸為10 cm×10 cm，源皮距（source skin depth，SSD）SSD= 100 cm，利用全自動三維掃描水箱測量電子束能量為 6、9、12、15、18、22 MeV時的百分深度劑量（percentage depth doses，PDD）曲線，測量開始時讓電離室有效測量點位于水表面，精確定位于射野中心。根據(jù)以上條件，可求出劑量曲線上的最大劑量深度值。

1.4 電子束相關(guān)參數(shù)的確定

中心軸上校準點處水的吸收劑量Dm（Peff）（Gy）為：

式中，M為經(jīng)過空氣密度、濕度、離子復(fù)合修正后的劑量儀的平均讀數(shù)，單位為C/kg。Nx為電離室照射量校正因子。W/e為在空氣中形成每對離子所消耗的平均能量，其值為33.97 J/C。Katt為校準電離室時，電離室室壁及平衡帽對校準輻射的吸收和散射的修正，KM為電離室室壁及平衡帽的材料對校準輻射空氣等效不充分而引起的修正，本文劑量儀分別為 0.990和 0.994；Katt、KM隨所使用的電離室不同（主要是電離室室壁、收集電極材料不同）而有所變化。SW，AIR為校準深度水對空氣的平均阻止本領(lǐng)比，由電子束能量和校準深度 （本文為最大劑量深度）決定。PU為擾動修正因子。首先根據(jù)電子束能量查出實際射程RP（沿入射方向從入射位置至完全停止位置所經(jīng)過的距離），然后根據(jù)電子束水表面的平均能量E0和校準深度（本文為最大劑量深度）由公式計算出校準深度處電子束的平均能量[3]EZ=E0（1-d/RP），最后由劑量儀電離室r=3.15 mm，查出相應(yīng)的PU。PCEL為電離中心收集電極空氣不完全等效修正因子，其數(shù)值取1。

1.5 電子束劑量的校準刻度

在特定照射條件下，選擇10 cm×10 cm的電子束限光筒，SSD=100 cm，采用標準水模體，分別對電子束各能量6、9、12、15、18、22 MeV進行劑量校準刻度。當加速器給出200 MU[4]（MU為加速器機頭內(nèi)監(jiān)測電離室的計數(shù)單位，是衡量出束多少的指示。影響加速器射線束能譜分布的電路、機械方面的因素等可能會影響MU，使得1 MU的積分數(shù)不等于1 cGy。因此，應(yīng)定期進行劑量校準刻度）時，此時電離室有效測量點在水模中校準深度為各能量的最大劑量深度處，通過調(diào)節(jié)加速器上劑量監(jiān)測系統(tǒng)的閾值電位器，將加速器電子束劑量校準刻度設(shè)為200 MU=200 cGy。

2 結(jié)果

電子束能量為6、9、12、15、18、22 MeV時的PDD劑量曲線上最大劑量深度的平均值分別為1.0、1.4、2.0、2.6、3.0、3.4 cm，見表1。其中只有能量6 MeV的最大劑量深度值與相應(yīng)的校準深度取值1.0 cm相同，其余各能量的最大劑量深度值皆大于相應(yīng)的校準深度取值1.0、2.0、3.0 cm，相差范圍在0～1.0 cm之間，差值最大的為能量18 MeV，最大劑量深度值比相應(yīng)的校準深度取值大1.0 cm。

電子束能量越大，其實際射程RP越大。校準深度水對空氣的平均阻止本領(lǐng)比（SW，AIR）隨電子束能量的增加而減小；擾動修正因子（PU）隨電子束能量的增加而變大，見表1。

表1 電子束不同能量的相關(guān)參數(shù)

3 討論

經(jīng)醫(yī)用電子直線加速器加速和偏轉(zhuǎn)后引出的電子束，束流發(fā)散角很小，基本是單能窄束，可利用散射箔將其展寬到臨床所需要的最大射野范圍。電子束展寬后先經(jīng)X線治療準直器，再經(jīng)電子束限光筒形成治療用野。高能電子束具有一定的射程、易于散射等物理特點，加上限束系統(tǒng)的影響，使得電子束輸出劑量率隨射野變化的規(guī)律變得復(fù)雜。對每一個電子束限光筒而言，X線治療準直器都應(yīng)取一個特定的位置。如果改變了X線治療準直器位置的設(shè)定，即使電子束限光筒不變，電子束射野的平坦度、對稱性和電子束的輸出劑量率也會有較大的變化，特別是對于低能電子束來說。Varian Clinac 23EX醫(yī)用電子直線加速器采用X線治療準直器射野自動跟隨系統(tǒng)，即隨電子束限光筒的插入，自動選定相應(yīng)的X線治療準直器的開口，以獲得更好的電子束射野的平坦度、對稱性，使其對電子束輸出劑量率的影響減小。

用于吸收劑量測量的方法較多，但國家技術(shù)監(jiān)督部門和國際權(quán)威性學(xué)術(shù)組織確定電離室法用于放射治療吸收劑量校準及日常監(jiān)測的主要方法。電離室劑量儀包括電離室、靜電計和連接它們的電纜。電離室腔中的空氣質(zhì)量隨環(huán)境溫度和氣壓變化而改

變，即氣壓增加或溫度降低空氣質(zhì)量都會增加，直接影響電離室的測量靈敏度?，F(xiàn)場使用時，必須給予校正。因此，劑量校準刻度前，電離室在水模中至少要放置15 min，以保證溫度平衡[5]。

國際原子能機構(gòu)（intemational atomic energy agency，IAEA）1997年第277號技術(shù)報告《光子與電子束的吸收劑量測量》制定了統(tǒng)一、簡明并易于執(zhí)行的光子與電子束的吸收劑量測量的技術(shù)規(guī)程[6]。我國國家技術(shù)監(jiān)督部門根據(jù)這一技術(shù)規(guī)程，于1991年頒布了國家計量技術(shù)規(guī)范，1992年開始實施。該規(guī)程規(guī)定電離室有效測量點Peff應(yīng)位于電離室中心點P的前方，當用r表示電離室腔內(nèi)半徑時，高能電子束Peff要位于0.5r處。本文電離室腔內(nèi)半徑r為3.15 mm，因此，0.5r約等于0.16 mm。水箱有機玻璃壁與水表面間存在表面張力，目測水面的實際深度會產(chǎn)生1～2 mm的誤差，即來自水的表面張力形成的約1.5 mm高的一條“亮線”，水面的實際高度應(yīng)在這條“亮線”的下沿，它的下沿，才是水的表面[7]。

醫(yī)用電子直線加速器電子束能量為6、9、12、15、18、22 MeV時的最大劑量深度的平均值分別為1.0、1.4、2.0、2.6、3.0、3.4 cm。其中只有能量為6 MeV的最大劑量深度值與相應(yīng)的校準深度取值（1.0 cm）相同，其余各能量的最大劑量深度值皆大于相應(yīng)的校準深度取值（1.0、2.0、3.0 cm），相差范圍在0～1.0 cm，差值最大的為能量18 MeV，最大劑量深度值比相應(yīng)的校準深度取值大1.0 cm。在不同深度刻度校準會有不同的結(jié)果，它們之間有較大的差別，會直接影響患者臨床放療中的治療劑量[8]。

在水模體中測量吸收劑量，需規(guī)范測量幾何條件，如為減少水中吸收劑量梯度變化的影響，一般都將電離室放置在水中一特定的校準深度。當電子束在模體表面的平均能量＜5 MeV時，校準深度在最大劑量深度；當能量≥5 MeV而＜10 MeV時，校準深度在最大劑量深度或水下1.0 cm，取其中較大者；當能量≥10 MeV而＜20 MeV時，校準深度在最大劑量深度或水下2.0 cm，取其中較大者；當能量≥20 MeV時，校準深度在最大劑量深度或水下3.0 cm，取其中較大者[2]。

張紹剛認為[9]，選擇電子束在水模中的最大劑量點，其優(yōu)勢更為明顯，尤其是對于較高能量，隨著能量的增高，電子束PDD曲線的坪區(qū)加寬，故測量深度定位的誤差所帶來的校準的影響很小，當然在二者中，還應(yīng)選擇較大者。余海坤等[8]研究認為，校準高能電子束的校準深度應(yīng)位于最大劑量深度，在該深度進行校準有利于提高精度和更接近臨床實際應(yīng)用。對于本研究的Varian Clinac 23EX醫(yī)用電子直線加速器，電子束各能量的最大劑量深度皆大于相應(yīng)的取值（1.0、2.0、3.0 cm），所以其校準吸收劑量的校準深度皆位于最大劑量深度。

校準吸收劑量的目的是為了使輸出劑量準確（誤差在國家相關(guān)規(guī)定范圍內(nèi)）。如果對校準刻度結(jié)果有疑問，可用電子束任一能量如9 MeV來驗證，取SSD=100 cm，限光筒尺寸為10 cm×10 cm。假設(shè)在4 cm深度處（驗證深度一般在治療坪區(qū)85%范圍內(nèi)）得到200 cGy水的吸收劑量，根據(jù)公式查百分深度劑量表，計算出相應(yīng)的處方劑量（機器跳數(shù)）。將計算得到的機器跳數(shù)輸入加速器控制儀，開機實際測量電離室有效測量點位于4 cm深度處水的吸收劑量，如果得到水的吸收劑量是200 cGy左右（誤差在國家規(guī)定范圍內(nèi)），則說明校準刻度準確，反之（誤差超過國家規(guī)定范圍），則說明校準刻度不準確。

JJG 589—2008在附錄C的表C3中增加了 “在放射劑量學(xué)中使用的部分電離室的結(jié)構(gòu)特征”。在附錄C的表C8“電子束的水對空氣阻止本領(lǐng)比（SW，AIR）、實際射程（RP）和水深的關(guān)系”中增加了20～50 MeV的數(shù)據(jù)，而JJG 589—2001[10]中附錄A的表A6中沒有這方面的內(nèi)容。將JJG 589—2001中附錄C“電離室的離子收集效率的修正”改為附錄E“電離室離子復(fù)合效應(yīng)的修正”。同時，JJG 589—2008根據(jù)IAEA 1997年第277號技術(shù)報告《光子與電子束的吸收劑量測量》，對JJG 589—2001中表A7“電子束擾動修正因子PU”的內(nèi)容進行了充實，增加了r=1.5 mm、r= 3.15 mm的數(shù)據(jù)，增加了附錄C的表C5“高能電子束水中Z處平均能量EZ與表面平均能量E0的關(guān)系”，為PU值的計算提供了一種常用方法。

[1]胡逸民.電離輻射吸收劑量的測量[M]//胡逸民.腫瘤放射物理學(xué).北京：原子能出版社，1999：38-98.

[2]JJG 589—2008 醫(yī)用電子加速器輻射源[S].

[3]胡杰，陶建民，張瑩，等.直線加速器高能電子束劑量校準時應(yīng)注意的若干問題及對策[J].中國醫(yī)療器械雜志，2010，34（2）：94-96.

[4]GB/T 19046—2003 醫(yī)用電子加速器驗收試驗和周期檢驗規(guī)程[S].

[5]曾自力.醫(yī)用電子直線加速器的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，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，張紹剛.腫瘤放療常見技術(shù)錯誤警示[J].醫(yī)療裝備，2009，22（10）：1-4.

[8]余海坤，周慶華，李陸軍，等.校準深度的選擇對直線加速器電子束吸收劑量校準的影響[J].醫(yī)療裝備，2010，23（11）：3-4.

[9]張紹剛.放射治療中常規(guī)劑量的測算（之一）——吸收劑量的測量和加速器的刻度[J].醫(yī)療裝備，2009，22（4）：1-10.

[10]JJG 589—2001 外照射治療輻射源[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，主治醫(yī)師，主要從事放射治療方面的研究工作。

545002廣西柳州，柳鋼醫(yī)院腫瘤科（朱前升）；545007廣西柳州，柳州市柳鐵中心醫(yī)院腫瘤科（曾自力）

曾自力，E-mail：gxzzl@sina.com