国际辐射单位与测量委员会(ICRU)在24号报告中指出, 为了根除早期发现的肿瘤, 对于放射治疗剂量需要达到± 5%精确度, 甚至需要达到更高的精确度^[1]。国际上放射治疗剂量规程及理论在不断的变化和发展, 最早的是ICRU 14号报告(1964)推荐的(C_λ, C_E)方法, 70年代出版了ICRU 23和24号报告^[2-3]中对其数据做了修正, 我国根据ICRU 23和24号报告于1984年由原国家计量局和国家卫生部联合发布了《关于肿瘤放射治疗剂量学的若干规定》^[11] (以下简称《规定》), 这个方法主要是以照射量基准为基础的剂量测量规程。国际原子能机构在1987年发布国际原子能机构(IAEA)第277号技术报告^[4] (以下简称IAEA TRS277)出现结束了多年来各机构自立体系的局面, 成为国际较为普遍采用的国际实用准则。1997年, IAEA发行了TRS277修正版^[5], 主要是对于kV X射线的测定的P_u值和电离室有效测量点进行了修正。同一年, 出版了TRS381"高能电子束和光子束中平行板电离室的应用"^[6], 对TRS277中的电子束的测量方法做了进一步的补充。TRS277和TRS381都是以空气比释动能标准为基础的, 而放射治疗中理想的方法是在水模体中直接进行水吸收剂量校准, IAEA在1997-1999成立了一个工作组对此进行了研究, 建立了以水吸收剂量基准为基础的的新的剂量学规范, 并于2000年发布了TRS398号技术报告^[7]。

我国现行使用的放疗剂量的测定程序中, 部分医院主要是采用《规定》, 大部分医院放疗中心使用的是IAEA TRS277, 本实验室利用IAEA TRS277测量吸收剂量的方法, 多次参加了IAEA/WHO组织的放疗水平TLD国际比对, 并取得了满意的结果^[8], 而在水平较高的大医院放疗中心是使用IAEA TRS398。本实验室曾利用实验测量和理论计算的方法对比了IAEA TRS277与《规定》之间的差异^[9], IAEA TRS277与《规定》之间以及与IAEA TRS398之间, 在剂量测定结果上有多大的差异和剂量测定不确定度有什么变化成为国内放疗界非常关心的问题, 本研究就这些问题进行了实际实验探讨。

1 材料与方法 1.1 三个吸收剂量测量规程计算公式 1.1.1 《关于肿瘤放射治疗学的若干规定》测量方法

用带有空腔电离室照射量仪表测定光子束的吸收剂量分两个步骤进行:第一步将空腔电离室在⁶⁰Co γ射线下校准, 目的是校对照射量仪表的刻度; 第二步将校准过照射量仪表的电离室放到介质中进行测定, 这时仪表的测量值是以伦琴为单位的。然后通过校准因子或吸收剂量转换因子计算出吸收剂量。

在参考条件下, 校准点吸收剂量的测定方法:将带上防水套的电离室有效测量点放在水模体中心轴的校准深度处。如果水模体有电离室插孔, 就将电离室插入孔内固定好。校准点吸收剂量D的计算:

吸收剂量计算公式:

(1)

式中:D_W为水模体中电离室被水所代替时, 校准点时的吸收剂量, 单位是Gy; R为照射量量读数, 伦琴; N_X为照射量仪表校准因子, K为空气密度修正因子。

其中T、p分别为测量时的水温(℃)和大气压; p₀标准大气压, 与p的单位要一致。F为X、γ射线伦琴或 "⁶⁰Co伦琴R" cGy转换因子, 它与辐射质有关。

1.1.2 IAEA TRS277测量方法

针对上述方法测高能电离室辐射的缺陷和不足, 在80年代众多学者对此时行了深入的研究, 一些国家的学术组织相应提出了新测量规程, 其中最具代表性的是IAEA提出的规程, 它与北欧临床物理学会(NACP) 1980年和美国医学物理学家协会(AAPM) 1983年提出的规程其为相似^[10]。IAEA方法与以前我国应用的《规定》沿用的方法主要区别是:①定义电离室空气吸收剂量因子ND, 它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, 它由电离室比释动能校准因子NK或照射量校准因子Nx计算得来。②不再使用照射量与吸收剂量转换因子, 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。

使用IAEA TRS277测量方法的测量步骤:TRS277应用比较广泛, 对于照射量仪表和水模体的要求与《规定》相同, 但对于射线质的确定采用。

在水模中参考点的吸收剂量主要由两步得到:第一步是在国家标准实验室中, 将用户电离室置于⁶⁰Co γ射线空气辐射场中, 为满足电子平衡, 电离室应戴有标准厚度的电子平衡帽(电子平衡帽质量厚度为(0.45 ± 0.05) g·cm^-2), 得出空气比释动能校准因子NK或照射量校准因子Nx。

电离室空腔中吸收剂量的因子ND, 计算方法:

(2)

式中:N_K为比释动能校准因子; g为次级电子韧致辐射能量份额, 对于⁶⁰Co γ射线, g=0.003, k_att为仪器校准时电离室物质对光子减弱的修正因子; k_m为仪器校准时电离室物质的非空气等效修正因子。

第二步:就用户辐射场如医院使用的⁶⁰Co治疗机或各种类型的加速器的辐射场中时, 按照前面介绍的几何条件, 将经标准实验室校准过的电离室置放在标准水模体中进行测量。根据布喇格-格雷理论和关系式, 水中特定位置, 高能X(γ)射线和电子束的吸收剂量, 即电离室有效测量点处的吸收剂量D_{W, Q}, 应等于:

(3)

式中:M_U是剂量读数仪在射线质U中经过校正(气压, 温度, 复合效应和极效应)的读数; S_{w, air}不同射线质水空气的阻止本领比, 对于高能X(γ)射线, 其射线质是由和给出; P_u是射线质U中电离室对于测量模体的扰动因子; P_eff是电离室测量的有效点, 该公式只有在确定有效测量点的吸收剂量才有效。P_u是扰动因子, 对于光子束, 必须考虑到电子在电离室壁材料和水中产生和阻止的差别, 在计算中总是假定在水模中的测量是在不带平衡帽的情况下完成的。

1.1.3 IAEA TRS398测量方法

在IAEA398号技术报告中, 水吸收剂量的测量同样分为两步。

第一步 在标准实验室中对用户剂量仪表进行校准。校准时同样采用替代法, 与NX的校准不同, 校准时的条件是在水模体中进行的, 先后将标准电离室和用户电离室放在水模体的电离室防水套中进行测量相同时间。则用户电离室的水吸收剂量校准因子为:

(4)

式中:N_{D, W}为用户电离室的水吸收剂量校准因子, M_ST、M_U分别为标准剂量仪和用户剂量仪经温度气压校正后的读数, N_DW^ST则为标准剂量仪的水吸收剂量校准因子。

第二步 在给定的射线质Q₀中, 用标准水模体进行校准, 电离室在参考深度处的水中吸收剂量由以下公式给出:

(5)

1.2 实验仪器

① 电离室:共选用6种型号的10个电离室, 电离室的型号和编号见表 1。②辐射场:⁶⁰Co γ射线场。③水模体:30 cm × 30 cm × 30 cm。④气压计和温度计。

1.3 校准条件

① 源到水模表面的距离(SSD):80 cm; ②源到水面的射野尺寸:10 cm × 10 cm; ③电离室校准的参考点:运用《规定》、TRS398在电离室几何中心, 运用TRS277时在电离室中心轴向源方向移动0.6 r处, r为电离室空腔内半径; ④电离室参考点在水中的深度:5 cm。

2 结果

通过应用各种电离室在⁶⁰Co实验室中进行校准, 分别得到照射量校准因子和水吸收剂量校准因子, 然后分别用《规定》、TRS277和TRS398三种规程测量⁶⁰Co γ射线束中, 相同条件下, 测量出水下5 cm的吸收剂量, 分别得到结果D_{W, 398}/D_{W, 277}、D_{W, 277}/D_{W, 《规定》}、D_{W, 398}/D_{W, 《规定》}。采用三种规程测量的吸收剂量结果的比值见表 1。

从表 1可以看出, 三种规程所测得吸收剂量比值的偏差的平均值均在1%以内。对不同的电离室D_{W, 398}/D_{W, 277}最大为1.016, 平均值为1.005; D_{W, 277}/ D_{W, 《规定》}, 平均值为1.005, 最大为1.011, ; D_{W, 398}/ D_{W, 《规定》}最大为1.020, 平均值为1.010。对同一型号的电离室, 挑选使用比较多的NE2571型电离室, 从表 1中D_{W, 398}/D_{W, 277}比值可以看出最小为0.992, 最大为1.015, 差别达到1.023, 由此可以看出, 使用IAEA TRS 277对同一型号的电离室进行计算, 采用相同的修正因子, 也会引起剂量结果测量的分散性。

3 讨论

应用IAEA TRS277和IAEA TRS398两个测量规程, 其测量程序有以下共同点:探测器为圆柱形顶针空腔电离室; 在校准剂量时的条件均为SSD 80 cm, 射野为10 cm × 10 cm。两个测量程序的不同点是:测量的参考点不同, 在⁶⁰Co γ射线束应用TRS277测量有效点的修正距离为0.6 r, 而应用TRS398的参考点为电离室的几何中心; 电离室校准因子给出的方式不同, 应用TRS277时校准因子的仍用N_X, 其在标准实验室中是在空气中进行校准的, 而TRS398是应用N_{D, W}, 在标准实验室中是在标准水模中进行校准的; 计算过程不同, 在TRS277中, 吸收剂量的计算用到的参数有k_att k_m、P_U、S_{W, air}, 这几个参数的取值与电离室的壁材料、中心极材料、射线质等均有关系, 在TRS398中, 因各个电离室的校准均是在⁶⁰Co中校准的, 所以其计算不需要再用到其他参数。

从测量不确定分析, 《规定》没有给出测量的不确定度, IAEA TRS277 ⁶⁰Co γ射线场中测量不确定度为2.7%, 而IAEA TRS398为0.9%, 测量不确定度大为降低, 由此可以看出, 使用不同的剂量学规程进行放疗剂量的测量会引入较大的偏差, 为降低我国放疗剂量测量的不确定度, 我国应尽快建立水吸收剂量量值传递系统。