王 繼，吳欽宏，趙 亮，呂雅竹， 王軍良，楊小元，王培瑋

(1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029； 2.北京醫(yī)院放療科，北京 100730； 3.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院 第五醫(yī)學(xué)中心，北京 100071)

1 引 言

世界衛(wèi)生組織下屬的國(guó)際癌癥研究所(IARC)發(fā)布的全球癌癥報(bào)告顯示，2018年全球新增癌癥病例達(dá)到1 810萬(wàn)例，因惡性腫瘤死亡的人數(shù)也達(dá)到了960萬(wàn)人，其中宮頸癌、前列腺癌、鼻腔癌等位列惡性腫瘤致死率的前十名[1]。

針對(duì)這幾類癌癥的患者，經(jīng)由高劑量率192Ir γ輻射近距離治療技術(shù)(HDR Brachytherapy)治療的患者生存率高達(dá)98%～100%。并且近年來(lái)這項(xiàng)技術(shù)也開始發(fā)展推廣用于治療心血管狹窄、脈管疾病等方面，這些非傳染性重大醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已被明確列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中，屬優(yōu)先主題的范疇。近距離治療技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛[2]。

近距離放射治療源輸出量參考空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)量與核醫(yī)學(xué)診斷用源的分析測(cè)量(活度測(cè)量)具有不同的要求，屬于完全不同的計(jì)量領(lǐng)域。針對(duì)后裝治療用192Ir放射源的參考空氣比釋動(dòng)能率的量值急需進(jìn)行溯源。國(guó)際計(jì)量局(BIPM)于2005年開展近距離治療劑量學(xué)計(jì)量工作相關(guān)研究，并于2009年將其列入國(guó)際關(guān)鍵比對(duì)項(xiàng)目(BIPM.RI(I)-K8)。荷蘭、加拿大、日本、德國(guó)等多個(gè)國(guó)家的計(jì)量院分別與BIPM進(jìn)行了比對(duì)。到2018年，國(guó)內(nèi)后裝治療機(jī)的保有量已經(jīng)高于480臺(tái)，每年應(yīng)用于臨床的放射源已經(jīng)多達(dá)千顆以上，針對(duì)192Ir放射源的校準(zhǔn)需求迫切[3,4]。

2 指型電離室的空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)

測(cè)定空氣比釋動(dòng)能采用經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院校準(zhǔn)過(guò)的PTW-30013指型電離室，具體參數(shù)見表1。

表1 PTW 30013電離室參數(shù)Tab.1 The parameters of PTW 30013 ionization chamber

2.1 校準(zhǔn)原理

在中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院建立192Ir γ射線空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)的計(jì)劃尚未完成的情況下，采用國(guó)際通例(如IAEA-1274號(hào)報(bào)告)，通過(guò)插值國(guó)際電離輻射咨詢委員會(huì)(CCRI)推薦的250 kV X射線參考輻射質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱CCRI250)及60Co γ射線的校準(zhǔn)因子得出此電離室在192Ir輻射場(chǎng)下的校準(zhǔn)因子，其具體計(jì)算公式為[5]：

NK,Ir=0.8NK,250 kV+0.2NK,Co

(1)

式中：NK,Ir為插值得出的此電離室在192Ir輻射場(chǎng)的校準(zhǔn)因子；NK,250 kV為此電離室在250 kV X射線參考輻射質(zhì)下的校準(zhǔn)因子；NK,Co為此電離室在60Co γ射線參考輻射場(chǎng)下的校準(zhǔn)因子。

2.2 校準(zhǔn)結(jié)果

將指型電離室在中能X射線基準(zhǔn)輻射場(chǎng)和60Co基準(zhǔn)輻射場(chǎng)分別進(jìn)行校準(zhǔn)。電離室距離光機(jī)焦斑和放射源幾何中心的距離為1 m。要注意的是，需將電離室的空氣密度修正到溫度為20 ℃、氣壓101.325 kPa的狀態(tài)下。劑量?jī)x靜電計(jì)需設(shè)置到電荷積分檔，每60 s采集1次數(shù)據(jù)，共采集10次，再將10次的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，得出各X射線參考輻射質(zhì)和60Co γ參考輻射場(chǎng)下的具體電離電流。再利用式(2)得出各項(xiàng)校準(zhǔn)因子[6～8]。

(2)

在X射線基準(zhǔn)輻射場(chǎng)校準(zhǔn)指型電離室時(shí)，實(shí)驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1 X射線輻射場(chǎng)校準(zhǔn)儀器布置Fig.1 Instrument placement diagram of X-ray field

表2給出了PTW 30013電離室的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。192Ir的有效能量為398 keV，處在CCRI250與60Co之間，利用式(1)進(jìn)行插值得出192Ir對(duì)于此電離室的校準(zhǔn)因子為4.82×107Gy·C-1。

表2 PTW 30013電離室校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Tab.2 The calibration data of PTW 30013 ionization chamber

3 參考空氣比釋動(dòng)能率標(biāo)準(zhǔn)值的測(cè)量

3.1 測(cè)量原理

IAEA1274號(hào)報(bào)告指出，在用指型電離室對(duì)192Ir后裝治療源進(jìn)行參考空氣比釋動(dòng)能率測(cè)定時(shí),需進(jìn)行3項(xiàng)不同的修正[9,10]，包括散射修正kscatt、空氣減弱修正kair、放射源徑向不均勻性修正kn。通過(guò)式(3)進(jìn)行計(jì)算得出192Ir源的參考空氣比釋動(dòng)能率：

(3)

式中：Q/t為指型電離室在不同距離測(cè)量得出的電離電流(通過(guò)溫度氣壓修正),Q為收集的電荷，t為收集時(shí)間；kair為不同距離下的空氣減弱修正，其為放射源到電離室之間空氣對(duì)射線進(jìn)行的衰減份額的修正；kscatt為散射修正，其為射線在環(huán)境中地面、墻壁、空氣中散射份額的修正；kn為放射源徑向不均勻修正，其為放射源徑向不均勻造成電離室內(nèi)部光子通量變化引發(fā)損失份額的修正；d為測(cè)量用距離，選用10 cm、15 cm、20 cm；dref為參考距離，dref=1 m。

3.2 測(cè)量結(jié)果

在測(cè)量放射源參考空氣比釋動(dòng)能率時(shí)，利用專用的指型電離室和源管支架，實(shí)現(xiàn)了左右對(duì)稱的3組源-電離室距離(10 cm、15 cm、20 cm)放置輸源管，3組輸源管與電離室處于同一水平面，見圖2。

圖2 參考空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量示意圖Fig.2 The air kerma measurement chart

在各位置進(jìn)行測(cè)量前，將放射源送到距離輸源管末端15 mm處，再以5 mm的步進(jìn)距離回退放射源，以讀數(shù)響應(yīng)最大值位置對(duì)應(yīng)源-電離室間的設(shè)定測(cè)量距離。圖3為在兩側(cè)尋找響應(yīng)最大值點(diǎn)的曲線，可以看出使用實(shí)驗(yàn)支架，在指型電離室兩側(cè)，最大值點(diǎn)在源距輸源管末端距離為30 mm處，兩側(cè)位置相同。

圖3 放射源距輸源管距離和測(cè)量讀數(shù)關(guān)系圖Fig.3 Relationship of distance between radioactive source and source pipe and measured reading

表3 參考空氣比釋動(dòng)能率測(cè)量結(jié)果Tab.3 Reference air kerma rate measurement results

4 井型電離室劑量?jī)x的校準(zhǔn)

表4 PTW 33005電離室參數(shù)Tab.4 The parameters of PTW 33005 ionization chamber

(4)

校準(zhǔn)井型電離室時(shí)，先確定最大測(cè)量讀數(shù)對(duì)應(yīng)的源在井腔(源管)中的具體位置，其方法為將放射源置于井型電離室適配器底端，然后以5 mm步距回退放射源。探尋靈敏點(diǎn)的數(shù)據(jù)如圖4，最終確定此井型電離室的最大測(cè)量讀數(shù)(靈敏點(diǎn))位于其放射源適配器底端向上45 mm處。確定校準(zhǔn)測(cè)量位置后，將出源時(shí)間設(shè)置為120 s，劑量?jī)x電荷收集時(shí)間設(shè)置為30 s，一組進(jìn)行3次或5次測(cè)量，合計(jì)測(cè)量3組，最終得出此井型電離室利用T33004.1.13適配器下的具體校準(zhǔn)因子為9.021×105Gy·m2·h-1·A-1。

5 不確定度評(píng)定

井型電離室參考空氣比釋動(dòng)能率校準(zhǔn)因子不確定度的評(píng)定，從實(shí)際相關(guān)的量值確定和測(cè)量環(huán)節(jié)逐一分析和評(píng)估。主要為192Ir γ射線空氣比釋動(dòng)能的測(cè)定、192Ir γ射線源參考空氣比釋動(dòng)能率的測(cè)定及井型電離室的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。具體評(píng)估分為A類和B類2種不確定度類型進(jìn)行。A類不確定度由多次測(cè)量時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)漲落引起，計(jì)算式為[12,13]：

(5)

B類不確定度不依賴于對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，而取決于儀器本身的測(cè)量能力，實(shí)驗(yàn)中所用到的儀器都是經(jīng)過(guò)檢定的，所以此項(xiàng)不確定度可由儀器的相關(guān)檢定證書獲得。

A類和B類不確定度各項(xiàng)分量相互獨(dú)立，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(6)

通過(guò)評(píng)定，192Ir放射源空氣比釋動(dòng)能率不確定度如表5。

表5 192 Ir γ射線源參考空氣比釋動(dòng)能率的不確定度評(píng)定Tab.5 Evaluation of uncertainty of reference air kerma rate of 192 Ir γ-ray (%)

在評(píng)定井型電離室校準(zhǔn)因子不確定度的時(shí)候，具體方法與空氣比釋動(dòng)能率不確定度的評(píng)定方法相同。此處直接引入了空氣比釋動(dòng)能率的不確定度。表6為井型電離室校準(zhǔn)因子的不確定度評(píng)定結(jié)果。

表6 井型電離室校準(zhǔn)因子不確定度評(píng)定Tab.6 Uncertainty evaluation of calibration factor for well type ionization chamber (%)

6 結(jié) 論

通過(guò)插值法得出指型電離室在192Ir γ射線下的空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)因子，并考慮空氣衰減修正、散射修正、放射源徑向不均勻修正，對(duì)192Ir治療源γ射線輻射場(chǎng)的不同距離點(diǎn)處的空氣比釋動(dòng)能率進(jìn)行了測(cè)量，得到該源的參考空氣比釋動(dòng)能率，進(jìn)而完成對(duì)井型電離室的參考空氣比釋動(dòng)能率校準(zhǔn)。通過(guò)評(píng)定，參考空氣比釋動(dòng)能率的不確定度為3.6%，井型電離室校準(zhǔn)因子的不確定度為3.8%。