放射治療高能光子束和電子束不同吸收劑量校準(zhǔn)方法的比較

李磊，楊波，石翔翔

西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 腫瘤科，四川 瀘州 646000

引言

醫(yī)用加速器高能光子束和電子束輸出劑量校準(zhǔn)是放射治療質(zhì)量控制的重要項(xiàng)目之一，也是腫瘤劑量能夠精確給予的前提[1]。理論上來講，人體不同部位的組織的組分和電子密度等參數(shù)與水是有一定差異的，需要分別對其進(jìn)行加速器輸出劑量校準(zhǔn)，才能確保相應(yīng)組織在同樣的輻射場中接收到最精確的劑量。但實(shí)際上考慮到人體組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和差異性，要想實(shí)現(xiàn)不同組織的加速器輸出劑量校準(zhǔn)是不太現(xiàn)實(shí)也不具備推廣價(jià)值的。在放射治療的理論框架中，水被視為人體易得、最廉價(jià)的組織替代材料，因此基于水的加速器輸出劑量校準(zhǔn)是不同組織的加速器輸出劑量校準(zhǔn)更好的近似。

2000年國際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency，IAEA）發(fā)布的第398號(hào)（TRS 398）技術(shù)報(bào)告[2]，推出了基于水吸收劑量校準(zhǔn)因子的輸出劑量校準(zhǔn)規(guī)程。目前，主要發(fā)達(dá)國家已廣泛開展基于水吸收劑量的加速器輸出劑量校準(zhǔn)。TRS398號(hào)報(bào)告發(fā)布以來，國內(nèi)一些學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)的研究工作[3-6]。特別是近幾年來，中國計(jì)量科學(xué)研究院開展了諸多工作[7-11]，逐步建立并完善了60Co水吸收劑量國家標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)開展了基于TRS398號(hào)報(bào)告的劑量測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)服務(wù)。我國已有部分醫(yī)院已經(jīng)開始使用水吸收劑量校準(zhǔn)因子進(jìn)行加速器輸出劑量校準(zhǔn)，但主要集中在發(fā)達(dá)城市的大型醫(yī)院，更多的地方醫(yī)院仍使用的是基于IAEA發(fā)布的第277號(hào)（TRS277）報(bào)告的檢定規(guī)程[12]，尚未開展基于水吸收劑量校準(zhǔn)因子來校準(zhǔn)加速器輸出劑量[6]。對于臨床工作的放療物理師來說，不管運(yùn)用哪一種校準(zhǔn)規(guī)程，都應(yīng)該搞清楚測量條件，運(yùn)用正確的計(jì)算公式，弄明白各物理量的意義，并選取合適的參數(shù)值用以準(zhǔn)確校準(zhǔn)加速器輸出劑量。本文擬梳理TRS277和TRS398號(hào)報(bào)告在測量條件和計(jì)算方面的差異，并對測量結(jié)果的進(jìn)行比較，為即將開展相關(guān)工作的基層醫(yī)院提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

我院使用的ELEKTA precise電子直線加速器擁有6、10和15 MV三檔能量光子束和6、9、12、15、18和20 MeV六檔能量電子束。測量設(shè)備有30 cm×30 cm×30 cm水箱，UNIDOSE劑量儀及PTW30013 Famer電離室、溫度計(jì)、氣壓表。測量模體為自來水。其中，PTW30013電離室基本技術(shù)參數(shù)為：氣腔體積0.6 cm3，氣腔半徑3.05 mm，室壁為0.335 mm厚聚甲基丙烯酸甲酯（1.19 g/cm3），中心電極為直徑1.1 mm鋁。

1.2 方法

本文對TRS277和TRS398推薦的光子束和電子束輸出劑量校準(zhǔn)的條件和計(jì)算公式的差異進(jìn)行了梳理，查找并計(jì)算了吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)的值，最后分別按照TRS277和TRS398對不同能量的光子束和電子束推薦的校準(zhǔn)條件進(jìn)行擺位測量。每個(gè)檔位的射線重復(fù)測量5次并取平均值，然后將其轉(zhuǎn)換到最大劑量深度處的吸收劑量值并記錄下來，并計(jì)算出兩者的相對偏差。每次測量都經(jīng)過現(xiàn)場溫度氣壓修正。

1.2.1 校準(zhǔn)條件比較

光子束和電子束的校準(zhǔn)條件比較，見表1～2。

表1 TRS277與TRS398推薦的光子束吸收劑量校準(zhǔn)條件比較

表2 TRS277與TRS398推薦的電子束吸收劑量校準(zhǔn)條件比較

1.2.2 計(jì)算公式比較

吸收劑量的計(jì)算公式比較如表3所示。

表3 TRS277與TRS398推薦的吸收劑量的計(jì)算公式比較

1.2.3 吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)及值

本文所用電離室的Nk值為0.913，Katt和Km的乘積為0.973，ND,W值為5.358×107Gy/C，6、10和15 MV光子束的kQ值分別為 0.9897、0.9824和 0.9773，6、9、12、15、18和20 MeV電子束的kQ值分別為0.9202、0.9106、0.9045、0.8998、0.8966和0.8946。其余參數(shù)值通過前人研究并進(jìn)行多項(xiàng)式擬合而得[13-14]，見表4～5。

表4 光子束吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)及對應(yīng)值

表5 電子束吸收劑量計(jì)算所需參數(shù)及對應(yīng)值

2 結(jié)果

測量結(jié)果表明：光子束和電子束，都是依據(jù)TRS277的測定值比TRS398的測定值要更小；對于光子束，兩個(gè)規(guī)程測得6、10和15 MV的吸收劑量相對偏差分別為-0.49%、-1.13%和-0.82%；對于電子束，兩個(gè)規(guī)程測得6、9、12、15、18和20 MeV的吸收劑量相對偏差分別為-2.25%、-1.53%、-0.82%、-0.85%、-0.93%和-0.99%（表6）。

表6 吸收劑量測量結(jié)果比較

3 討論

在日常臨床工作中，通常使用指形電離室校準(zhǔn)和監(jiān)測光子束和電子束的吸收劑量。對醫(yī)用加速器產(chǎn)生的MV級光子束和10 MeV以上的電子束而言，射線與人體組織或其等效模體相互作用時(shí)，散射相對較弱，注量擾動(dòng)也較小，常用0.6 cc的指形電離室進(jìn)行吸收劑量校準(zhǔn)[15]。但對電子線而言，隨著能量降低，散射本領(lǐng)迅速增強(qiáng)，注量擾動(dòng)也隨之變大且不確定性增加，因此對能量小于10 MeV的電子束，推薦使用平行板電離室進(jìn)行吸收劑量校準(zhǔn)[16]。由于設(shè)備條件限制，本文用0.6cc指形電離室測定6 MeV和9 MeV電子束，兩個(gè)規(guī)程測得的結(jié)果偏差分別為-2.25%和-1.53%，部分原因可能是直接用擾動(dòng)因子修正低能電子束注量擾動(dòng)的不確定性會(huì)引入更大的不確定度，因此需要用平行板電離室進(jìn)一步測定。

TRS277量值溯源到照射量基準(zhǔn)或空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)，即由國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在空氣輻射場中給出照射量因子Nx或空氣比釋動(dòng)能因子Nk。Nx或Nk需要用與所用電離室相關(guān)的轉(zhuǎn)換因子Katt和Km轉(zhuǎn)換為空氣吸收劑量校準(zhǔn)因子ND,air。Katt和Km對同型號(hào)電離室存在個(gè)體差異，但在使用中往往忽略了這種個(gè)體差異。ND,air須經(jīng)過水對空氣的組織本領(lǐng)比Sw,air、擾動(dòng)因子Pu和電離室中心收集極空氣不完全等效校正因子Pcel才能計(jì)算出最終水介質(zhì)中的劑量。Sw,air通過查找表格得出，但在實(shí)際使用過程中，射線質(zhì)和組織本領(lǐng)比的值并沒有直接反映在表格中，而是需要通過擬合或插值的方法計(jì)算而得，這就增加了用戶方面的不確定度。不同能量的射線，不同材料的電離室對應(yīng)的Pu值是不同的，但關(guān)于Pu值的資料有限，查找的值比較粗略。

TRS398直接溯源到水吸收劑量基準(zhǔn)，即由國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在水輻射場中給出水的吸收劑量校準(zhǔn)因子ND,W。該基準(zhǔn)不需要校正因子傳遞，只需要查找計(jì)算kQ值，不需要用戶修正注量梯度擾動(dòng)影響，也不需要Pcel因子，省去了用戶參與查找計(jì)算過多的修正因子，降低了用戶方面帶來的不確定度。另外，基于水吸收劑量基準(zhǔn)標(biāo)定所用的輻射場與臨床日常工作所用輻射場一致，降低了劑量標(biāo)定的不確定度。