用60Co射線校準(zhǔn)CT電離室的研究

李懿，王軍良，王運(yùn)來

1 解放軍總醫(yī)院放療科，北京市，100853

2 解放軍307醫(yī)院放療科，北京市，100071

患者在CT掃描過程中接受的劑量主要用CT劑量指數(shù)（CTDI）來描述，CTDI常用CT指形電離室在標(biāo)準(zhǔn)圓柱形有機(jī)玻璃模體中或空氣中測(cè)量。診斷CT掃描機(jī)主要采用kV級(jí)射線，CT指形電離室常在空氣中用空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)[1-3]。隨著MV級(jí)錐形束CT和螺旋斷層治療機(jī)內(nèi)置的MV級(jí)扇形束CT的臨床應(yīng)用，需要評(píng)估MVCT掃描過程中患者接受的劑量[4-7]。由于電離室能量相應(yīng)的影響，CT指形電離室用于MV級(jí)CTDI測(cè)量時(shí)需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)[8]。本文對(duì)PTW TM30009 CT指形電離室在T40017頭部模體中用60Co射線進(jìn)行校準(zhǔn)，并研究電離室的劑量線性和劑量響應(yīng)的均勻性。

1 材料與方法

本文測(cè)量采用的劑量?jī)x為UNIDOS，電離室采用PTW TM30009 CT電離室，其內(nèi)半徑為0.7 cm，靈敏體積長(zhǎng)度為10 cm，靈敏體積為3.14 mL，室壁為1 mm厚涂石墨的甲基丙烯酸甲酯（PMMA）塑料。T40017頭部模體直徑為16 cm，長(zhǎng)度為15 cm。模體中心C及周邊1 cm深度處互相垂直的A、B、D、E 4個(gè)不同位置有測(cè)量電離室插孔。

1.1 CT電離室的校準(zhǔn)

將頭部模體放置在治療床上，調(diào)整模體和治療床的位置，使治療室的激光燈十字線和模體的十字線重合。將CT電離室放進(jìn)中心插孔內(nèi)，其它4個(gè)插孔插入有機(jī)玻璃細(xì)棒。60Co治療機(jī)的控制臺(tái)設(shè)置照射野為20 cm×20 cm，劑量?jī)x測(cè)量時(shí)間預(yù)置為60 s。放射源到位開始照射后劑量?jī)x開始測(cè)量，記錄劑量?jī)x的電荷量讀數(shù)，重復(fù)測(cè)量3次取平均值。取出CT電離室，將中心插孔中的底端氣孔用膠帶密封好，插孔中加入水，把0.6 mL電離室插入，照射條件不變，測(cè)量模體中的吸收劑量。

經(jīng)溫度氣壓修正后劑量?jī)x的電荷量讀數(shù)為M（單位：C）；Dw為0.6 mL電離室測(cè)量的吸收劑量，則標(biāo)準(zhǔn)劑量長(zhǎng)度為Dw·L，式中L為電離室靈敏體積受照射的長(zhǎng)度。用吸收劑量校準(zhǔn)的CT電離室校準(zhǔn)因子（單位：Gy·cm/C）為：

1.2 CT電離室劑量響應(yīng)和照射野寬度的關(guān)系

60Co治療機(jī)的控制臺(tái)設(shè)置照射野寬度為20 cm，長(zhǎng)度分別為3 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm、12 cm、16 cm和20 cm。劑量?jī)x測(cè)量時(shí)間預(yù)置為60 s。放射源到位開始照射后劑量?jī)x開始測(cè)量，記錄劑量?jī)x的讀數(shù)，重復(fù)測(cè)量3次取平均值。分析CT電離室劑量的響應(yīng)隨照射長(zhǎng)度的變化。為了考慮照射野輸出因子的影響，相同條件下用0.6 mL電離室測(cè)量吸收劑量。

1.3 CT電離室劑量響應(yīng)的線性

控制臺(tái)設(shè)置照射野大小分別為20 cm×3 cm和20 cm×20 cm。劑量?jī)x測(cè)量時(shí)間分別預(yù)置為5 s、10 s、20 s、40 s、80 s和160 s。記錄劑量?jī)x的讀數(shù)，每次重復(fù)測(cè)量3次取平均值。

1.4 CT電離室劑量響應(yīng)的均勻性

控制臺(tái)設(shè)置照射野大小為20 cm×3 cm，在托架上放置厚6 cm擋鉛遮擋形成1 cm寬的照射野。劑量?jī)x測(cè)量時(shí)間預(yù)置為60 s，記錄劑量?jī)x的讀數(shù)，重復(fù)測(cè)量3次取平均值。以1 cm為間隔，調(diào)整治療床的位置，使電離室在下一個(gè)位置測(cè)量，直到測(cè)量覆蓋所有的電離室。

2 結(jié)果

2.1 校準(zhǔn)因子

照射野大小為20 cm×20 cm，60 s測(cè)量計(jì)數(shù)，0.6 mL電離室測(cè)量的吸收劑量為1.764 Gy，CT電離室累積的電荷量為134.2 nC，則CT電離室的劑量—長(zhǎng)度乘積的校準(zhǔn)因子為NDL=1.314×108Gy·cm/C。

2.2 CT電離室劑量響應(yīng)和照射野寬度的關(guān)系

照射野的寬度為20 cm，長(zhǎng)度由3 cm增加到20 cm時(shí)，CT電離室劑量的響應(yīng)隨照射長(zhǎng)度的變化見表1，表中NDL的相對(duì)誤差以照射野大小為20 cm×20 cm的刻度因子為標(biāo)準(zhǔn)。由表可以看出，照射野長(zhǎng)度小于CT電離室靈敏體積長(zhǎng)度時(shí)，測(cè)量讀數(shù)與照射野長(zhǎng)度成正比；超過10 cm時(shí)，測(cè)量計(jì)數(shù)變化很小。照射野較窄時(shí)，由于半影區(qū)的劑量貢獻(xiàn)，CT電離室直接測(cè)量的吸收劑量―長(zhǎng)度乘積值（M）比0.6 mL電離室測(cè)量的吸收劑量×照射野長(zhǎng)度之積（Dw·L）偏大。照射野大于10 cm時(shí)，由于電離室桿效應(yīng)的影響，0.6 mL電離室測(cè)量的吸收劑量×照射野長(zhǎng)度之積（Dw·L）反而偏大。

表1 照射野長(zhǎng)度對(duì)指形電離室刻度因子的影響Tab.1 The irradiated length’s effect on pencil chamber calibration factor

2.3 CT電離室劑量響應(yīng)的線性

固定照射野大小為20 cm×20 cm，改變測(cè)量時(shí)間，用0.6 mL電離室和CT電離室測(cè)量的結(jié)果見圖1。為了比較電離室部分照射的劑量線性，圖中也給出了20 cm×3 cm照射野CT電離室測(cè)量的結(jié)果。

圖1 CT電離室劑量響應(yīng)的線性Fig.1 CT chamber dose linearity pesponse

照射野大小分別為20 cm×20 cm和20 cm×3 cm時(shí)，CT電離室給出的吸收劑量―長(zhǎng)度乘積值（M）和時(shí)間之間關(guān)系的擬合的結(jié)果分別為M= 0.223 73×t+ 0.003 93和M=0.059 28×t+ 0.001 17；相比之下，照射野大小為20 cm×20 cm時(shí)，0.6 mL電離室測(cè)量的吸收劑量線性擬合方程為Dw= 0.029 35×t+0.000 843。所以結(jié)果擬合的線性相關(guān)系數(shù)都大于0.999 9，說明線性很好；同時(shí)，3條直線的縱軸截距也很小，說明殘存計(jì)數(shù)很小，CT劑量測(cè)量時(shí)不需要再進(jìn)行殘存計(jì)數(shù)修正。

2.4 CT電離室劑量響應(yīng)的均勻性

照射野大小分別為20 cm×1 cm和20 cm×3 cm時(shí)， CT電離室測(cè)量空間均勻性的結(jié)果見圖2，圖中橫坐標(biāo)為照射野中心位置到CT電離室靈敏體積中心的距離。由圖2可以看出，10 cm長(zhǎng)的靈敏體積范圍內(nèi)，CT電離室對(duì)于MV級(jí)射線的劑量響應(yīng)基本均勻。但在電離室兩端由于電場(chǎng)強(qiáng)度畸變和半影影響，測(cè)量結(jié)果較低。照射野越寬，邊緣部分體積照射效應(yīng)越明顯，偏差越大。

圖2 電離室劑量響應(yīng)的均勻性Fig.2 Chamber dose spatial response

3 討論

劑量指數(shù)（CTDI）定義為沿垂直于斷層攝影平面的直線上的劑量分布的積分，除以單次掃描的斷層照片數(shù)與斷層攝影的標(biāo)稱切片厚度的乘積[8-9]。

其中N是測(cè)量時(shí)CT掃描儀旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，T是掃描時(shí)的層厚，則表示劑量沿電離室軸線方向從-∞→∞的積分。由于測(cè)量-∞→∞的線積分劑量理論和實(shí)踐上都是不可能的，因此實(shí)際應(yīng)用中只是用CT電離室測(cè)量一定長(zhǎng)度上劑量的積分。

雖然CTDI的概念和CT電離室都是為評(píng)估kV級(jí)CT掃描時(shí)患者接受劑量而提出和設(shè)計(jì)的，但它們也可以推廣應(yīng)用到MVCT。CT電離室常用kV級(jí)射線校準(zhǔn)，一般在空氣中測(cè)量，校準(zhǔn)因子用空氣比釋動(dòng)能長(zhǎng)度乘積給出；但應(yīng)用到MVCT時(shí)，由于存在能量響應(yīng)，CT電離室需要用MV射線校準(zhǔn)，校準(zhǔn)因子常用劑量—長(zhǎng)度乘積，需在模體中測(cè)量。

目前放療中常用的MVCT主要用于患者治療位置的驗(yàn)證，常用6 MV射線的加速器機(jī)載MV錐形束CT(MVCBCT)和3.5 MV射線螺旋斷層放療機(jī)(TomoTherapy)扇形束CT。CT電離室需要在均勻的輻射場(chǎng)中校準(zhǔn)，加速器治療照射采用的射線束很難達(dá)到要求。60Co治療機(jī)的輻射場(chǎng)比較均勻，射線質(zhì)接近MVCT的射線質(zhì)，適用于CT電離室的劑量—長(zhǎng)度校準(zhǔn)。

根據(jù)劑量校準(zhǔn)公式， CT電離室在MV射線校準(zhǔn)時(shí)誤差來源包括：在國(guó)家計(jì)量院60Co輻射束檢定的劑量計(jì)的不確定度；將照射量轉(zhuǎn)換為吸收劑量引起的不確定度；標(biāo)準(zhǔn)電離室能量相應(yīng)變化及散射引起的不確定度；劑量計(jì)電荷量測(cè)量、溫度氣壓變化、幾何布置等引起的不確定度等?？偟牟淮_定度應(yīng)不大于4%。

CT電離室經(jīng)過60Co射線校準(zhǔn)后可以用于MVCT的CTDI測(cè)量，以監(jiān)測(cè)MVCT掃描機(jī)的輻射劑量輸出穩(wěn)定性以及評(píng)估患者接受的劑量，有利于優(yōu)化掃描條件和降低輻射危害。

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