北京地區(qū)醫(yī)用加速器高能光子水吸收劑量398、277報(bào)告的量值驗(yàn)證

羅 琛， 范耀東， 王 坤， 王煥寧， 魯 向， 趙貴坤

(1.北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院，北京 100029； 2.中國計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029)

1 引 言

目前我國校準(zhǔn)醫(yī)用加速器時(shí)，仍然采用IAEA 277報(bào)告[1]的水吸收劑量測(cè)量方法，即采用空氣比釋動(dòng)能或照射量校準(zhǔn)的電離室測(cè)量水吸收劑量；而許多發(fā)達(dá)國家已使用398報(bào)告[2]的測(cè)量方法，即直接以水吸收劑量校準(zhǔn)的電離室測(cè)量水吸收劑量，該方法可以簡(jiǎn)化量值傳遞過程、減少不確定度。目前，我國已經(jīng)分別建立了60Co γ射線和加速器高能光子下的水吸收劑量基準(zhǔn)裝置，并在2016年參加了國際計(jì)量局的高能光子水吸收劑量比對(duì)(BIPM.RI(I)-K6)，我國已具備60Co γ射線和高能光子下的水吸收劑量量值復(fù)現(xiàn)和量傳能力[3～5]，迫切需要研究和建立臨床劑量向水吸收劑量基準(zhǔn)溯源的體系。

在2014年～2017年，北京市計(jì)量院對(duì)北京市部分醫(yī)院放療科醫(yī)用加速器進(jìn)行檢定的同時(shí)，進(jìn)行了基于IAEA 277報(bào)告和398報(bào)告的水吸收劑量量值比對(duì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為398報(bào)告量值體系在我國的推行建立了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)及計(jì)算方法

實(shí)驗(yàn)中，將機(jī)架(gantry)角度設(shè)為0°，在治療床上放置30 cm×30 cm×30 cm的水模體，通過激光準(zhǔn)直器進(jìn)行對(duì)位，之后加滿水，在參考深度處放置電離室，通過線纜連接到控制室中的劑量?jī)x上；通過光距尺調(diào)整源表距SSD=100 cm，調(diào)整加速器射野為10 cm×10 cm；在劑量?jī)x中輸入所需參數(shù)，對(duì)電離室加偏壓，在經(jīng)過電離室的預(yù)熱、預(yù)照射,與環(huán)境的溫度平衡后控制加速器照射定量的射線并進(jìn)行測(cè)量。

277報(bào)告中，用戶輻射質(zhì)Q下電離室參考點(diǎn)處的水吸收劑量DW,Q為：

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

(1)

(2)

式中：g為射線產(chǎn)生的次級(jí)電子消耗于韌致輻射的能量占初始能量的份額，g≈0.003；W/e為電離功，即空氣中每形成一對(duì)離子(其電荷量為一個(gè)電子的電荷)所消耗的平均能量，W/e=33.97 J/kg；Katt為校準(zhǔn)電離室時(shí)，電離室室壁及平衡帽對(duì)參考輻射(一般為60Co γ射線)的吸收和散射修正，由蒙卡計(jì)算得到；Km為校準(zhǔn)電離室時(shí)，電離室室壁及平衡帽材料對(duì)參考輻射空氣等效不充分而引起的修正。

277報(bào)告中也給出了常用電離室的Katt、Km值，但是由于277報(bào)告年代太早，許多現(xiàn)在常用的電離室的值沒有給出。另外需注意有效測(cè)量點(diǎn)相對(duì)幾何中心前移了0.6r(r為電離室內(nèi)徑)[7，8]。

398報(bào)告中，用戶輻射質(zhì)Q下電離室參考點(diǎn)處的水吸收劑量DW,Q為[9～12]

DW,Q=MQND,W,Q0kQ,Q0

(3)

第二，激勵(lì)管理方面。李小寧（2003）指出“產(chǎn)出門檻值監(jiān)督”和“自我激勵(lì)”是社會(huì)組織的主要激勵(lì)方式。Walter O. Simmons（2010）通過數(shù)據(jù)分析指出最低薪酬與志愿者數(shù)量成正相關(guān)關(guān)系。因此美國各個(gè)州都傾向于用志愿者來取代低薪的雇員，這不僅能擴(kuò)大志愿者的規(guī)模，又能提高雇員的薪酬水平。陳曉春（2006）認(rèn)為社會(huì)組織主管的報(bào)酬由現(xiàn)期報(bào)酬和預(yù)期報(bào)酬兩部分組成。張徹（2010）認(rèn)為社會(huì)組織有薪酬員工薪酬管理面臨的主要問題是沉淀成本。Meredith A.Newman（2012）從情緒勞動(dòng)管理視角分析社會(huì)組織人員開展工作需付出沉重、復(fù)雜的情緒勞動(dòng)并應(yīng)對(duì)其情緒予以管理。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

截至到2017年10月底，項(xiàng)目共在北京市部分醫(yī)院放療科的醫(yī)用加速器下進(jìn)行了200多次量值驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到每次實(shí)驗(yàn)398報(bào)告測(cè)得的水吸收劑量D398和277報(bào)告測(cè)得的水吸收劑量D297的偏差，去掉離群值后，結(jié)果見圖1。其中NE2571電離室的結(jié)果中，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.23%；PTW30013電離室的結(jié)果中，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.85%。對(duì)使用277報(bào)告和398報(bào)告進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量過程中相關(guān)不確定度分量進(jìn)行評(píng)估，277報(bào)告的測(cè)量相對(duì)不確定度為2.8%，398報(bào)告的測(cè)量相對(duì)不確定度為1.4%，277報(bào)告和398報(bào)告測(cè)量結(jié)果在不確定度范圍內(nèi)一致[13]。

圖1 398報(bào)告和277報(bào)告測(cè)量結(jié)果的偏差

如果只分析6 MV高能光子的結(jié)果，偏差更小，NE2571電離室的結(jié)果中，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.12%；PTW30013電離室的結(jié)果中，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.71%。如果只分析10 MV高能光子的結(jié)果，NE2571電離室的結(jié)果中，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.51%；PTW30013電離室的結(jié)果中，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大1.17%。各種情況整理見表1。

表1 398報(bào)告和277報(bào)告測(cè)量結(jié)果

4 偏差分析

4.1 輻射質(zhì)修正因子kQ,Q0

398報(bào)告給出的kQ,Q0因子，是根據(jù)蒙卡模擬及實(shí)驗(yàn)確定的[14]。中國計(jì)量科學(xué)研究院對(duì)常用的0.6 mL商用電離室進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，用在60Co γ射線下的水吸收劑量基準(zhǔn)給出參考點(diǎn)的DW值，然后給出電離室在60Co γ 射線下的水吸收劑量校準(zhǔn)因子ND,W,Q0；在高能光子下的水吸收劑量基準(zhǔn)給出參考點(diǎn)的水吸收劑量值，然后給出電離室在高能光子下的水吸收劑量校準(zhǔn)因子ND,W,Q。輻射質(zhì)修正因子的計(jì)算式見式(4)所示。

(4)

對(duì)各電離室的由398報(bào)告得出的輻射質(zhì)修正因子kQ398和實(shí)測(cè)得到的輻射質(zhì)修正因子kQm進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見圖2，圖中橫軸代表不同的電離室?？梢?98報(bào)告給出的輻射質(zhì)修正因子均大于實(shí)測(cè)得到的輻射質(zhì)修正因子，偏差約為千分之幾。因此，根據(jù)398報(bào)告計(jì)算出的水吸收劑量值可能偏大。

圖2 常用指形電離室輻射質(zhì)修正因子對(duì)比結(jié)果

4.2 空氣等效不充分修正因子Km與擾動(dòng)因子Pu

277報(bào)告中，空氣等效不充分修正因子Km與擾動(dòng)因子Pu的計(jì)算式為：

(5)

(6)

分別假設(shè)室壁為石墨和PMMA，計(jì)算其Km、Pu的值，實(shí)際值應(yīng)介于兩者之間。再求出2種情況下3個(gè)因子乘積的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)使用值的比值：

δ=(Katt·Km·Pu)cal/(Katt·Km·Pu)exp

(7)

上述2種假設(shè)情況δ的計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 PTW30013 電離室的δ值

實(shí)驗(yàn)中Katt·Km·Pu的取值和假設(shè)室壁為純PMMA時(shí)的計(jì)算結(jié)果基本一致，和假設(shè)室壁為純石墨時(shí)的計(jì)算結(jié)果相比偏小，實(shí)際取值應(yīng)介于純PMMA時(shí)和純石墨時(shí)的值之間，大于實(shí)驗(yàn)中的取值，這就導(dǎo)致使用PTW30013電離室部分的實(shí)驗(yàn)中用277報(bào)告計(jì)算出的水吸收劑量偏小。

將使用PTW30013電離室所得到的量值進(jìn)行驗(yàn)證，按照室壁為純石墨計(jì)算Km、Pu，求每次實(shí)驗(yàn)398報(bào)告測(cè)得的水吸收劑量D398和277報(bào)告測(cè)得的水吸收劑量D297的偏差，去掉離群值后，結(jié)果見圖3。其中PTW30013電離室的結(jié)果中，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.62%。

圖3 以30013室壁為純石墨計(jì)算測(cè)量結(jié)果的偏差

如果只分析6 MV高能光子的結(jié)果，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.55%；如果只分析10 MV高能光子的結(jié)果，398報(bào)告比277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果大0.74%，見表3。

表3 30013室壁為純石墨398和277報(bào)告的測(cè)量結(jié)果

5 結(jié) 論

對(duì)北京地區(qū)醫(yī)用加速器，用277、398方法分別測(cè)量水吸收劑量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在不確定度范圍內(nèi)一致(277、398報(bào)告給出的不確定度分別為2.8%和1.4%)，且398方法計(jì)算公式簡(jiǎn)單，體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)為推行398報(bào)告的量值體系建立了基礎(chǔ)。

由于277報(bào)告年代較早，并沒有給出室壁為2種材料的情形下Km、Pu的取值；因此在此僅能得到Km、Pu的取值區(qū)間，做定性分析，而不能給出定值。未來應(yīng)對(duì)以PTW30013電離室為例的混合室壁型電離室Km、Pu因子的取值進(jìn)行進(jìn)一步研究。

另外測(cè)量和計(jì)算過程中，應(yīng)注意：(1)398報(bào)告給出的kQ,Q0可能稍大，不同型號(hào)偏差不同，約為千分之幾；(2)對(duì)于室壁包含兩種材料的電離室，如PTW30013，用277報(bào)告計(jì)算Km、Pu因子時(shí)，需考慮2種材料進(jìn)行取值，在誤差允許范圍內(nèi)可按質(zhì)量厚度大的材料計(jì)算。