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1、医用电子加速器高能光子水吸收剂量溯源 陆逊 眭国平 杭雪莲 王鹏德 孙荣荣 肖瑶 陈建新 黄军 上海市计量测试技术研究院 摘 要： 采用直接法测量医用电子加速器高能光子水吸收剂量, 与我国现行的从空气比释动能转化为水吸收剂量间接法测量的结果进行比较。结果表明, 两种方法测量结果相差 1%以内, 同时用传递比较法进行了验证。证明我国基于加速器光子水吸收剂量基准而建设的水吸收剂量溯源体系是可行的, 为我国水吸收剂量直接测量提供依据。关键词： 高能光子; 水吸收剂量; 辐射质修正因子; 量值传递; 量值溯源; 作者简介：陆逊, 男, 1977 年 11 月出生, 2014 年于上海理工大学毕业, 医
2、疗器械工程专业, 1999 年就职于上海市计量测试技术研究院, 计量检测岗位, 工程师, 从事电离辐射与医学计量, E-mail:作者简介：眭国平, 高级工程师, E-mail:收稿日期：2017-9-7基金：质检公益性行业科研专项:医用加速器光子吸收剂量溯源技术与标准装置研究 (201510001-03) Traceability of absorbed dose to water in high-energy photon beams in medical electron acceleratorsLU Xun SUI Guoping HANG Xuelian WANG Pengde SU
3、N Rongrong XIAO Yao CHEN Jianxin HUANG Jun Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology; Abstract： Results obtained by direct measurement of absorbed dose to water for medical electron accelerators were compared with that by indirect measurements (through converting the measured air kerm
4、a into absorbed dose to water) . Experiments results demonstrate that the difference between two methods is within 1%, it is validated by the transfer comparison method meanwhile. It is demonstrated that the absorbed dose to water traceability system based on the photon absorbed dose to water for th
5、e accelerator is feasible. This provides the basis for direct measurement of absorbed dose to water for accelerators.Keyword： High energy photon; Absorbed dose to water; Correction factor for beam quality; Dissemination of the value of quantity; Traceability of value of quantity; Received： 2017-9-7目
6、前, 医用电子加速器辐射源高能光子的水吸收剂量的量传、溯源方法以国家计量检定规程 JJG589-2008医用电子加速器辐射源为依据, 通过空气比释动能转换为水吸收剂量的间接测量, 其过程复杂, 且引入较大的不确定度1-2。国际建议以水吸收剂量作为直接测量对象。国际原子能机构颁布的 TRS-398 号报告中指出3:“在外束放疗中标定水吸收剂量的新国际操作规则, 使用了一个 ND, W校准因子的电离室或剂量仪, 将应用于所有医院和设备中, 为癌症病人提供辐照治疗。即使这些院所的性质可能不同, 操作规则仍可作为对医学物理和放疗体系的有用文件, 并帮助在全世界吸收剂量传递中实现单一性和一致性。操作规则
7、必定对 IAEA/WHO 的 SSDLs 网在剂量标定中提高准确度和一致性, 从而对提高所属国家中吸收剂量标准化具有极高价值。”基于其对量值溯源的重要性, 我国为完善水吸收剂量的溯源体系, 新建了基于加速器的光子水吸收剂量基准装置。这对建立以“水吸收剂量”为对象的溯源体系, 实现医用电子加速器光子水吸收剂量直接溯源有重大意义。本研究以基准量传数据作为标准, 直接测量水吸收剂量, 为整个溯源体系的建立提供数据支持。依据空气比释动能测量转换成水吸收剂量的溯源链, JJG589-2008医用电子加速器辐射源是我国现行有效的量值传递体系。本研究以此溯源方式得到的间接测量结果与研究的水吸收剂量为溯源链的
8、直接测量结果进行比较, 所得数据结果的验证方法参考使用 JJF1033-2016计量标准考核规范4-5。实验所涉及的水吸收剂量校准因子 ND, W和辐射质修正因子 kQ由我国的水吸收剂量基准量传得到, 在国内尚未见报道。实验结果将推动水吸收剂量溯源体系建设, 完善我国水吸收剂量溯源链。1 设备与方法1.1 测量主标准器性能本研究选择使用医用辐射源检定装置 (华东大区标准) 。主标准器剂量计由Capintec 公司生产, 仪器型号/编号 292/0027, 配用电离室型号/编号 NE Farmer 2571/3538。仪器的重复性和稳定性考核以 IAEA/WHO 在上海所设立的“二级标准剂量学实
9、验 (SSDL) ”中 Co 标准辐射场作为参考。结果重复性不超过 0.04%;长期稳定性小于 0.5%, 其中 2014 年至 2016 年的稳定性小于 0.2%。经广泛测试统计得到:极化效应小于 0.15%;离子复合小于 0.45%。从基于加速器水吸收剂量基准溯源得到的水吸收剂量校准因子扩展不确定度为 Ur=1.7% (k=2) , 辐射质修正因子 kQ的扩展不确定度为 Ur=2.0% (k=2) , 证书编号 Dyjs2016-0989。通过空气比释动能溯源, 经考核的医用辐射源检定装置治疗水平扩展不确定度为 Ur=3.0% (k=2) , 证书编号2002国社量标华东证字第 133 号
10、。1.2 溯源过程及计算方法水吸收剂量经由空气比释动能溯源链最终转化为水吸收剂量的测量过程, 称为间接测量法, 简称间接法2;由水吸收剂量溯源链直接测量得到的水吸收剂量, 我们称其为直接测量法, 简称直接法4。1.2.1 间接法按我国目前溯源方法, 依据 JJG589-2008医用电子加速器辐射源检定规程, 测量结果采用公式 (1) 计算。式中:D w为有效测量点处的水吸收剂量;M 为标准剂量计的读数 (经空气密度、极化效应、复合损失修正后) ;N D为电离室空腔的吸收剂量校准因子;S w, air为校准深度水对空气的平均阻止本领比;P u为扰动修正因子;P cel为中心电极影响, 其数值取为
11、 1。由于我们使用的是空气比释动能校准因子, 故计算公式 (1) 中, N D由 (2) 式计算。式中:N K为空气比释动能校准因子;g 为 X 辐射产生次级电子消耗与轫致辐射的能量占其初能量总和的份额, g 约为 0.003;Katt为电离室室壁及平衡帽对校准辐射 (一般为 Co 的射线 ) 的吸收和散射的修正;K m为电离室室壁及平衡帽材料对校准辐射空气等效不充分引起的修正。在我国当前计量检定系统表中, 溯源链的量是空气比释动能。标准剂量计溯源得到的是空气比释动能校准因子 NK, 不是电离室空腔的吸收剂量校准因子 ND, 所以在使用计算公式时, 一定会使用到公式 (1) 和 (2) 。标准
12、剂量计的读数, 最后经电离室室壁及平衡帽对校准辐射的吸收和散射、电离室室壁及平衡帽的材料对校准辐射空气等效不充分、水对空气的阻止本领比、扰动等修正转化为对应辐射质的水吸收剂量。其中, M 值实测得到, N K值由我国基准给出, S w, air、P u、K att和 Km均是查表得到的值, P cel和 g 为定义值。实际工作中, 正确使用校准因子 ND和 NK犹为重要, 同时必须与水吸收剂量校准因子 ND, W区分清楚。1.2.2 直接法采用目前通行方法, 结果采用公式 (3) 计算。式中:D W为水下参考点对应辐射质水吸收剂量;M 为标准剂量计的读数 (经空气密度、极化效应、复合损失修正后
13、) ;N D, W为剂量计水吸收剂量校准因子 (以Co 为参考辐射质) ;k Q为实际辐射质修正因子 (以 Co 为参考辐射质) 。直接法溯源链的量为水吸收剂量, 其中 M 值实测得到, N D, W、k Q均源于我国基准给出, 不涉及其它物理量的演绎。2 数据分析与结果验证实验对象是上海地区医用电子加速器辐射源主流的标称能量 6、10 MV 光子, 涉及 32 台, 47 档光子能量。其中 ELEKTA 共 11 台, 16 档能量;SIEMENS 共 6 台, 8 档能量;VARIAN 共 15 台, 23 档能量。测量时对辐射质的定义, 采用 D20与 D10的比值。与辐射质相关的参数,
14、 可通过查表得到, 若与辐射质不完全对应, 则通过内插法得到。实验以间接法和直接法两种不同方法采集数据和处理, 分别用 ref 和 lab 标注。2.1 标称能量 6、10 MV 光子水吸收剂量数据分析依据国家检定规程 JJG589-2008医用电子加速器辐射源对辐射质要求偏差不超过3%, 实测辐射质与参考辐射质在要求范围内讨论才是有意义的。实验中, 标称能量 6 MV 的光子共 32 档, 目前属于最常用能量。实测辐射质的结果分布于 0.571 40.590 0 范围内。与参考辐射质 0.580 0 比较, 大于的 11档, 小于的 21 档, 相差范围-1.5%1.8%。标称能量为 10
15、MV 的光子共 15 档, 实测辐射质结果分布于 0.624 60.633 0。与参考辐射质 0.630 0 比较, 大于的 4 档, 小于的 11 档, 相差范围-0.86%0.48%, 以上辐射质均在要求范围内。水吸收剂量以 Dw (ref) 为参考值, 用 DW (lab) 与之比较。标称能量 6 MV 水吸收剂量测量比值分布范围见图 1, 标称能量 10 MV 水吸收剂量测量比值分布范围见图 2。图 1 标称能量 6 MV 水吸收剂量测量比值 Fig.1 Mean energy of 6 MV measurement ratio of absorbed dose to water 下载
16、原图图 2 标称能量 10 MV 水吸收剂量测量比值 Fig.2 Mean energy of 10 MV measurement ratio of absorbed dose to water 下载原图标称能量为 6 MV 和 10 MV 的高能光子水吸收剂量 DW (lab) 与 DW (ref) 的比值范围 0.998 61.008 1, 即两种方法测量得到结果相差0.14%0.81%。2.2 结果两种光子共 47 档能量, 用两种测量方法比较的结果为-0.14%0.81%, 相差的绝对值都小于 1%, 由此, 我们对于测量结果的不确定度进行简化评定。由设备性能情况可知, 对于直接法, 水吸收剂量校准因子扩展不确定度为Ur=1.7% (k=2) , 给出的 kQ值扩展不确定度为 Ur=2.0% (k=2) , 则两者合成扩展不确定度为 Ur=2.6% (k=2) 。对于间接法溯源, 经考核的医用辐射源
