近20年来, 用电离室方法测量吸收剂量的理论, 特别是对高能电离辐射的测量, 有了很大的进展, 1980年以前, 高能X (γ)射线和电子束的收剂量测量, 基本依据的是ICRU第14号和第21号报告推荐的方法, 即C_λ和C_E方法, 也就是1991年1月1日实施的中华人民共和国国家计量检定规程JJG664 —90 (简称国际法)。1980年以后, 一些协会及组织相继提出了各自的新测量规范, 其中最具代表性的是IAEA(国际原子能机构) TRS-277号报告《光子和电子束吸收剂量测量的国际实用准则》(简称IAEA法)。现对吸收剂量测量的国标法和IAEA法进行比较。

1 材料与方法 1.1 国标法

在标准水模体中, 束流中心轴上某特定深度处的吸收剂量:X射线, D_W=M·N_X·C_λ·K_TP; 电子线, D_W=M·N_X·C_E·K_TP。而D_W =D_m·P_DD, 所以X射线, D_m =(M·N_X·C_λ·K_TP)/P_DD; 电子线, D_m =(M·N_X·C_E·K_TP)/P_DD。其中D_m为水模体中束流中心轴上最大剂量深度处的吸收剂量, 单位为戈瑞(Gy)。M为剂量仪仪表读数, 单位为库仑/千克(C/kg); N_X为电离室照射量较正因子; C_λ为高能X射线吸收剂量转换因子; C_E为高能电子线吸收剂量转换因子; K_TP为封闭腔电离室的温度和压力校正因子; P_DD为水模体中束流中心轴上特定深度处的百分深度剂量。

1.2 IAEA法

IAEA TRS-277号报告《光子和电子束吸收剂量测量的国际实用准则》, X射线, 电子束的吸收剂量表达式相同。在标准水模体中, 束流中心轴上某特定深度处的吸收剂量:D_W =M·N_D·(S_W, air)·P_u·P_cel·K_TP, 而N_D =N_X·(W/e)·K_att·K_m, D_W=D_m·P_DD, 所以D_m =[M·N_D·(Sw, air)·P_u·P_cel·K_TP]/P_DD。其中D_m为水模体中束流中心轴上最大剂量深度处的吸收剂量, 单位为戈瑞(Gy); M为剂量仪仪表读数, 单位为库仑/千克(C/kg); N_D为电离室空腔内射线能量吸收剂量校正因子; S_W, air为水对空气的平均阻止本领比, P_u为电离室壁和空腔对水模体中电子通量影响的扰动因子, 它与射线能量和电离室材料及大小有关; P_cel为电离室中心电极材料与空气不完全等效校正因子, 它与电离室半径及射线类型和能量有关; (W/e)为平均电离功, 33.97焦尔/库仑(J/C); K_att为电离室壁和平衡帽为⁶⁰Coγ射线的衰减和散射校正因子; K_m为电离室壁和平衡帽的材料对校准辐射空气等效不充分而引起的修正。

1.3 被测机器

为西门子MEVATRON XⅡ医用电子直线加速器, X射线能量为8 MV; 电子线能量为5 MeV, 8 MeV, 11 MeV。根据IAEA TRS-277号报告, 高能X射线电离室几何中心实际放置在测量深度加0.6 r处(r为电离室半径), 高能电子线电离室几何中心实际放置在测量深度加0.5 r处。测量剂量仪为卫生部工业卫生实验所生产的RT100型, r为电离室半径3.15 mm, K_m为0.990, K_att为0.990, N_D为0.858N_X, 对石墨、塑料制成的中心收集极, P_cel =1。

2 结果

在两种方法测量比较前, 被测机器已采用NE2570型剂量仪、用IAEA法校正过, 即在最大剂量深度处, 机器设定剂量200 MU等于2 Gy。

设机器剂量为200 MU, 每种方法, 每种能量测量三次取平均, 结果见表 2。

3 讨论 3.1 国标法误差较大

从测量结果来看, 对于同一种射线和能量, 由于电离室不同, 得到的结果不同; 对于同一种射线和能量, 由于测量方法不同, 其结果也不同, 国标法误差较大。

3.2 国标法与IAEA法的主要区别

定义电离室空气吸收剂量较正因子N_D依赖于电离室的几何形状和制作材料, 对不同的电离室取不同的数值, 它由电离室的比释动能校准因子N_X计算得来; 不再使用C_λ和C_E转换因子和单一的置换因子, 引入相对不同能量X(γ)射线和电子束的质量阻止本领和扰动因子。

3.3 国标法存在的主要问题^[1]。

(1) 使用空气照射量校准因子测量模体内的照射量是有问题的, 因为这要求电离室的空气较准因子在模体中不随测量深度和射野的变化而保持为一常数。而在实际体模中, 相当部分的吸收剂量的贡献是由能量较低的散射线给予的, 这完全不同于空气中校准时的情况。

(2) 在测量高能X(γ)射线时, 国标法将电离室假设为水的等效材料, 而高能电子线测量时, 国标法又假设电离室为空气的等效材料。实践中一个电离室既要适合测量高能X(γ)射线又要适合测量电子束, 应用时陷入了矛盾。

(3) 对所有的电离室都应用相同的置换因子, 而不考虑辐射质和测量深度的影响, 显然是不正确的。实际上这一因子既依赖于电离室的几何构造又依赖于射线能量和测量条件。根据IAEA的关于TRS277号报告的评述资料, 使用电离室在模体中测量吸收剂量, 电离室测量有效点位于电离室几何中心向射线方向前移0.6 r, r为电离室空腔内半径; 如RT100剂量仪电离室空腔内半径为r=0.315 m, 0.6 r=0.19 cm。对于加速器8MV X射线, 如果把电离室几何中心置于水下5 cm, 实际测量到的是水下4.81 cm处的吸收剂量。按IAEA的准则要求, 要把电离室测量有效点置于校准参考深度5 cm, 有两种做法:一是把电离室几何中心置于水下5.19 cm处; 二是把电离室几何中心置于水下5 cm, 再根据百分深度剂量曲线进行附加0.19 cm的吸收校正。

(4) IAEA法完善了其他国家测量方法中理论上的某些不足, 纠正了相关参数引用上的混乱, 提高了测量精度。用IAEA法电离室测量高能X(γ)射线和高能电子线的吸收剂量, 其结果与量热法、化学剂量法的结果比较, 误差小于1 %^[2]。

(5) IAEA法是一种简捷、易于执行的方法, 它提供了一个世界范围内统一的放疗剂量测定程序, 以促进放疗剂量测量的准确度达到国际上可以接受的一致性。IAEA法已在国际范围内被比较广泛地采用。