温度、气压与剂量仪设置值不一致时校准医用直线加速器的方法
引言
医用直线加速器是肿瘤放射治疗中使用的重要设备，为保证较高的医疗器械精度及更深层次的学科研究，需要定期检测和分析加速器的各项性能指标[1]。尤其对于加速器输出剂量的测量与校准是加速器质量控制和质量保证的一项基本内容，需要每周进行[2]。同时，为了保证加速器输出剂量测量的准确性，也需要定期对测量辐射剂量的剂量仪进行校准和比对。由于剂量仪校准时的温度（T）、气压（P）条件不同，会对校准结果产生影响。因此，本文在对本院肿瘤科ELEKTA-Synergy型加速器进行输出剂量校准时，分别采用IBA公司生产的DOSE 1和PYCHLAU公司生产的PTW-UNIDOSE剂量仪进行测量，比较不同T、P标准条件下校准的两种剂量仪在测量辐射剂量时的剂量差别，并分析其原因及对策。这样才能确保患者得到精确的处方剂量，减少由校准条件T、P不同所带来的测量误差，为“精准放疗”打下坚实的基础[3-4]。
1 材料与方法
1.1 理论基础
对于医用直线加速器输出剂量的测量与校准，从ICRU的14号、21号报告所推荐的Cλ和CE法到IAEA的277号报告，其精准度越来越高[5-6]。按照高能电离辐射吸收剂量校准的IAEA法所述，在测量的水模体中，其参考点的吸收剂量Dw和多种修正校准因子相关，可表述为：
式中，Mu是经过温度和气压校正后的剂量仪仪表读数；ND为电离室空气吸收剂量校准因子；（Sw/Sa）u为水与空气阻止本领比；Pu是扰动因子；Pcel是电离室中心收集极空气等效不完全校准因子。（Sw/Sa）u、Pu和Pcel均为无量纲数值，ND又可表述为[7]：
式中，Nx为照射量校准因子；W/e为空气平均电离能，33.97 J/C；Katt为电离室材料对射线吸收、散射校正因子；Km为电离室材料空气不完全等效校准因子。Katt及Km为无量纲数值。
上述两式中参数除Mu外均可通过查表计算求得，而Mu又与温度气压校正系数KT,P成正比关系[8]，KT,P可表述为：
式中，P0为电离室在国家标准实验室校准时的标准气压；T0为电离室在国家标准实验室校准时标准温度；P为测量现场大气压；T为测量现场电离室空腔气体温度。剂量仪默认值T0=20℃、P0=101.325 kPa。
所以，当使用标准实验室条件（T0=20℃、P0=101.325 kPa）进行校准后，就可以直接在仪器的温度、气压调整界面输入测量现场的温度和气压以求得KT,P。当使用非标准实验室条件（T0≠20℃、P0≠101.325 kPa）进行校准，而剂量仪默认值T0=20℃、P0=101.325 kPa时，就不能直接输入测量现场的温度和气压计算KT,P，而需要利用以下公式手工计算KT,P，与测量值Dw0相乘求得剂量Dw1，所用公式可表述为[9]：
式中，P1为电离室在国家实验室校准时的气压，非101.325 kPa；T1为电离室在国家实验室校准时温度，非20℃；Dw0为不输入现场测量温度、气压所得监测剂量；Dw1为未进行温度气压校正的测量值乘以KT,P所得监测剂量。
实验时，我们首先在两款剂量仪的参数调整界面直接输入测量现场的温度、气压，由仪器自身所得KT,P进行后续测量。然后对非标准实验室条件下校准的剂量仪不输入现场条件，直接测量后再按照式(4)和式(5)式进行校准。此外，我们亦可参照剂量仪说明书的要求将仪器送回原厂，将剂量仪内置参数T0、P0设置为T1、P1，但这样比较费时耗力，一般不予推荐。
1.2 实验设备及测量仪器
对ELEKTA公司生产的Synergy型加速器进行输出剂量校准，分别采用了IBA公司的DOSE 1和PYCHLAU公司的PTW-UNIDOSE剂量监测仪。两款仪器分别在不同的T、P条件下校准，主要参数详见表1。
表1 剂量监测仪参数对比
型号 电离室灵敏体积 (cc) S/N 电离室类型 国家实验室校准条件DOSE 1 0.65 2346 FC65-G Farmer指型电离室 T=20℃、P=101.325 kPa PTW-UNIDOSE 0.6 009536 TW30013 Farmer指型电离室 T=20.5℃、P=102.5 kPa
1.3 测量条件及参数设置
按照加速器标定6 MV能量标准校准条件，首先将注好水的30 cm×30 cm×30 cm测量水箱置于Synergy型加速器治疗床上，根据激光灯和光距尺的指示进行摆位，使水箱底部的十字线与射野灯的十字线重合。摆位完毕后调节SSD至100 cm，射野大小（FSZ）为10 cm×10 cm，将farmer指型电离室插入水箱测量孔中，其延长线与测量仪相连并固定好，记录水箱水温度T（达到温度平衡后水箱中电离室空腔空气温度和水温一致）和现场气压P[9]。接通电源打开测量仪，输入校准因子等参数，预热完毕，测量本底，然后开机出束测量[10-11]。测量时加速器预设100 MU，根据不同测量方法决定是否输入温度、气压，具体操作参见图1和图2。
图1 DOSE 1参数调整界面
图2 PTW参数调整界面
2 测量结果
2.1 直接测量数据
本次实验在加速器机房实测所得水箱水温度和现场气压分别为：T=20℃，P=97.54 kPa。在两款仪器的参数调整界面直接输入测量现场的温度和气压，不同的T、P校准条件下，测量3次所得Dw，详见下表2。
表2 X射线输出剂量Dw
X射线能量(MV)输出剂量(cGy)DOSE 1 PTW-UNIDOSE 偏差(%)均值(cGy)输出剂量(cGy)均值(cGy)86.4085.24 6 86.27 85.26 86.47 85.24 86.3885.25 1.31
2.2 PTW剂量仪手工计算温度气压校正系数所得测量数据
如表1，PTW剂量仪在非标准实验室条件下校准。将校准现场的T、P数值（T=20℃、P=97.54 kPa） 带入上式(4)中，其中T1=20.5℃、P1=102.5 kPa，可知KT,P=1.049。在PTW的参数调整界面不输入现场条件，用未进行温度气压校正的测量值Dw0乘以KT,P，即按(5)式计算所得监测剂量数据Dw1，详见下表3。
表3 X射线输出剂量Dw1
X射线能量(MV)PTW-UNIDOSE输出剂量 (cGy)均值(cGy)温度气压校正后数据 (cGy)与DOSE 1测量值偏差 (%)82.14 6 82.09 82.08 82.10 86.21 0.20
3 讨论
对以上表格中的数据进行分析可知，在医用直线加速器输出剂量的测量和校准中，温度气压修正因子KT,P所带来的影响不可忽略[12-14]。当直接输入测量现场的温度和气压时，DOSE 1和PTW的测量结果相差较大，达到了1.31%；当PTW不输入现场条件，测量完再进行后期校正时，DOSE 1和PTW的测量结果趋于一致，两者偏差为0.20%。
由于两者均在相同的实验条件下进行测量，排除了外部条件的干扰。仔细查看两台剂量仪的校准证书：DOSE 1校准时给出照射量校准因子的参考温度为20℃，参考气压为101.325 kPa；PTW校准时给出比释动能校准因子的参考温度为20.5℃，参考气压为102.5 kPa，故二者的电离室空气密度并不相同。当电离室空气密度相对于校准条件有变化时，须乘以温度气压校正系数进行纠正[15]。若现场温度高于校准温度，则测量值相对于校准条件下的空气密度值偏低，须乘以系数T/20.5；若现场气压高于校准气压，则测量值相对于校准条件下的空气密度值偏高，须乘以系数102.5/P。所以，当PTW直接输入T、P即按照式(2)所得KT,P为1.039，较上式(4)所得结果1.049相差约1%，与测量结果相符；而修正后的差异仅为0.20%，这种差异是由于校准时的不确定度、剂量仪本身测量微小波动等原因所引起。
总之，剂量仪刻度加速器是放射治疗剂量准确传递的重要环节，若此环节偏差，将导致后续治疗的病员所受剂量不准确[16]，产生诸如局部肿瘤复发、失控甚至伤残等其他非常严重的后果[17]。当校准温度、气压与剂量仪内置条件T0=20℃、P0=101.325 kPa不一致时，须按照上式(4)和(5)进行校准，切勿直接输入现场测量条件进行计算。另外，对于校准证书上给出的一些其他信息，例如比释动能校准因子、照射量校准因子、测量量程等也要引起注意并在以后的测量中做到一一对应[18]。这些对于提升医用直线加速器质量控制和质量保证的水平都具有极其重要的临床意义。
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Method for Calibrating Medical Linear Accelerator When Temperature and Atmospheric Pressure Are Inconsistent with Setting Values of Dosimeter