医用加速器的X射线与电子束表面剂量的测定
作者：张绍刚 李高峰 肖素华 刘明远
单位：100730 北京医院放疗科
关键词：
中华放射医学与防护杂志/990430 国际电工委员会(IEC)976号报告《医用电子加速器-性能特征》和中华人民共和国国家标准GB15213-94《医用加速器性能和实验方法》中明确规定，对医用电子直线加速器产生的X射线与电子束的表面吸收剂量(即介质中0.5 mm处的吸收剂量)使用平行板电离室在标准条件下(即SSD=100 cm，射野面积为10 cm×10 cm)进行测量，到目前为止，国内就有关文献中尚未见到这一方面较为详实的数据与报告。为此，我们使用德国PTW的平行板电离室和英国NEL的剂量计及自制的部分有机玻璃模体对加速器产生的X射线和电子束的表面剂量进行大量测量，获得了比较可靠的实验数据。下面作者就测量方法与结果作一报道。
一、材料和方法
, 百拇医药
1.材料：美国VARIAN 2100 C电子直线加速器；英国NEL FARMER 2502/3剂量计；德国PTW Markus 23343 0.055 cm3平行板电离室及 23343/12有机玻璃模体；有机玻璃模板300 mm×300 mm，厚度分别为1、2、5、10和20 mm若干块；圆60 mm,厚0.5 mm有机玻璃1片。
2.测量方法：把PTW 23343平行板电离室置于专用的有机玻璃模体(23343/12)中，为保证在测量中电离室能够接受到足够的反向散射，须将一定厚度的300 mm×300 mm的有机玻璃模板置于模体(23343/12)下面。连接电离室到剂量计，接通电源，对仪器进行预热。调整SSD=100 cm，照射野10 cm×10 cm(或10 cm×10 cm限光筒)使射束中心对准电离室前表面的中心，然后分别对美国VARIAN 2100 C电子直线加速器产生的6、18 MV X射线和6、9、12、16、20 MeV电子束的射野中心轴百分深度剂量曲线的建成区部分进行测量。第一点对平行板电离室前表面直接进行测量，第二点在电离室表面附加60 mm，0.5 mm厚有机玻璃1片，以后逐点增加模板厚度直至测出最大剂量点的数据，每次出束，加速器上的监测剂量仪输出为 200 MU(监测单位)。
, 百拇医药
二、结果
图1是对6、18 MV X射线使用平行板电离室，辐照条件为SSD=100 cm、射野10 cm×10 cm测量出的射野中心轴百分深度剂量曲线的建成区部分。图中曲线是测量数据经多项式拟合处理得到的 。
图1 经多项式拟合处理的射野
中心轴百分深度剂量曲线的建成区
6MV曲线方程：Y=0.0019X5-0.0675X4+0.9626X3-7.1785X2+31.715X+25.905,R2=0.9999
18MV曲线方程：Y=0.00004X5-0.0028X4+0.0838X3-1.3833X2+14.369X+19.497,R2=0.9997
, 百拇医药
表1是使用平行板电离室对不同能量的X射线和电子束的表面剂量的测量结果。其重复性均不超过1%，尤其对电子束最大也仅达0.51%，表中D20/D10[1]和R50(cm)[2]是反映X射线和电子束的质的参数，该值是使用瑞典RFA-300射野分析仪的半导体探头在水箱中测量的距水表面20 cm与10 cm处的吸收剂量率的比值和射束轴百分深度剂量曲线半峰值处有效测量点对应的深度。表面剂量Ds(%)是对X射线和电子束使用平行板电离室在SSD=100 cm、照射面积10 cm×10 cm条件下，测算出在0.5 mm厚有机玻璃模片下与在有机玻璃介质中最大剂量深度处的吸收剂量率之比。
表1 使用平行板电离室测量X射线与电子束表面剂量的结果
Ds(%)
平均数(%)
, 百拇医药
X射线(MV)
6
0.575
39.72
39.40
39.63
39.58
0.81
18
0.657
25.80
25.59
25.68
, 百拇医药
25.69
0.82
电子束(MeV)R50(cm)
6
2.4
77.47
77.62
77.49
77.53
0.19
9
3.7
83.74
, 百拇医药
83.68
83.43
83.43
0.38
12
5.1
89.23
89.02
88.78
89.01
0.51
16
6.8
, 百拇医药
93.60
93.78
93.38
93.59
0.24
20
7.9
94.21
93.93
93.99
94.04
0.30
从图1、表1中可以看出，对于X射线在源皮距与照射面积不变的情况下其表面剂量随能量的增加而减小。这主要是由于X射线随着质的变硬在介质中其角分布更锐利，向周围、向后面散射逐渐减小的缘故。对电子束其表面剂量则随能量的增加而增加，这主要是由于能量较低时，入射电子易受库仑力的作用，以较大角度散射，偏离入射方向，散射角θ变大，其cos θ值变小，最大剂量深度处电子注量Φz,max与介质表面的电子注量Φ0成正比，与cos θ值成反比，导致能量较高时，最大剂量点电子束通量变小，而表面的百分深度量Ds(%)是表面量与最大剂量的比值，故电子束表面剂量Ds(%)随能量增加而增大。
, 百拇医药
三、讨论
1. 0.5 mm厚有机玻璃模片加工面积的大小对表面吸收剂量结果的影响
表面吸收剂量即平行板电离室的有效测量点(电离室的前表面)距有机玻璃介质表面0.5 mm处的吸收剂量率与最大剂量深度的吸收剂量率之比，由于机加工精度所限，我们对0.5 mm厚有机玻璃模片的加工，其尺寸仅达到φ60 mm，这与大于10 cm×10 cm加工面积的要求相差很大，但实测中表明使用10 cm×10 cm照射野，在电离室表面附加φ60 mm与φ40 mm模片进行测量比对，其结果变化不大。两者比较仅差一个0.5 mm厚的环形有机玻璃模片，这使由散射线造成的对表面剂量的贡献减弱，同时也使最大建成深度的散射线贡献减弱，两者的剂量率的比值即表面剂量，其变化是同向的故影响不大。只不过对表面的散射基本上是横向的；对最大建成深度的散射是与束轴成一定夹角的旁向散射。当然，在辐射条件不变的情况下，使用不同面积大小的模片对表面吸收剂量测量结果的影响，主要取决于射线的能量，即X射线的角分布。
, http://www.100md.com
2.有机玻璃模片加工厚度的微小变化对表面吸收剂量测量结果的影响
从表2可以看出模片厚度从0.51 mm增至0.59 mm其测量结果对X射线增加1%以上，对电子束增加较小，这主要由于X射线表面吸收剂量低，在建成区内随模片厚度增加，吸收剂量迅速提高造成的，而电子束表面剂量较高，在建成区从表面到最大剂量点分布较均匀，随模片厚度增加，吸收剂量的增加较为缓慢。
表2 不同模片厚度对表面 剂量测量结果的影响
射线种类
表面剂量(%)
相对偏差(%)
0.51mm
0.59mm
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X射线(MV)
6
39.63
40.86
1.23
18
25.68
26.94
1.31
电子束(MeV)
6
77.49
77.62
, 百拇医药
0.13
9
83.42
83.68
0.26
12
88.78
89.02
0.24
16
93.38
93.78
0.40
, http://www.100md.com
20
93.69
93.93
0.24
3.表面剂量是指皮下0.5 mm处的皮肤量与最大剂量深度处的剂量率之比Ds(%)，在临床剂量学上通常以水代替人体组织对表面剂量进行测量的研究，而使用平行板电离室将其有效测量点置于水下0.5 mm，其定位比较困难，一般使用固体水、聚苯乙烯或有机玻璃等替代物。如本文使用的测量模体有机玻璃其实测的质量密度为1.175 g/cm3，在有机玻璃中测量深度应换算成水的等效深度，其计算公式为：
ZPL=ZW.(ρtable/ρuser).1/CPL
ZPL=0.5×(1.190/1.175)×(1/1.123)
, http://www.100md.com
ZPL=0.45(mm)
式中，ZPL与ZW分别为有机玻璃和水的测量深度；ρuser为用户使用的有机玻璃测量模体的实测的质量密度；ρtable=1.190 g/cm3为有机玻璃的参考值；CPL=1.123为水和有机玻璃的转换系数,ρtable与CPL值均在IAEA TRS 381报告中给出[3]。应指出0.5 mm厚的有机玻璃相当于水的0.55～0.56 mm的等效深度。
参考文献
1 IAEA Technical Reprots Series No.277. Absobed dose determination in photon and electron beams, an international code of practice, 2nd ed. Vienna: IAEA, 1997. 24.
, http://www.100md.com
2 IAEA Technical Reports Series No.277. Absobed dose determination in photon and electron beams, an international code of practice, 2nd ed. Vienna:IAEA, 1997.54.
3 IAEA Technical Reports Series No.381. The use of plane parallel ionization chambers in high energy electron and photon beams, an international code of practice for dosimetry. Vienna: IAEA, 1997.77.
(收稿:1999-02-01 修回:1999-05-26), http://www.100md.com
单位：100730 北京医院放疗科
关键词：
中华放射医学与防护杂志/990430 国际电工委员会(IEC)976号报告《医用电子加速器-性能特征》和中华人民共和国国家标准GB15213-94《医用加速器性能和实验方法》中明确规定，对医用电子直线加速器产生的X射线与电子束的表面吸收剂量(即介质中0.5 mm处的吸收剂量)使用平行板电离室在标准条件下(即SSD=100 cm，射野面积为10 cm×10 cm)进行测量，到目前为止，国内就有关文献中尚未见到这一方面较为详实的数据与报告。为此，我们使用德国PTW的平行板电离室和英国NEL的剂量计及自制的部分有机玻璃模体对加速器产生的X射线和电子束的表面剂量进行大量测量，获得了比较可靠的实验数据。下面作者就测量方法与结果作一报道。
一、材料和方法
, 百拇医药
1.材料：美国VARIAN 2100 C电子直线加速器；英国NEL FARMER 2502/3剂量计；德国PTW Markus 23343 0.055 cm3平行板电离室及 23343/12有机玻璃模体；有机玻璃模板300 mm×300 mm，厚度分别为1、2、5、10和20 mm若干块；圆60 mm,厚0.5 mm有机玻璃1片。
2.测量方法：把PTW 23343平行板电离室置于专用的有机玻璃模体(23343/12)中，为保证在测量中电离室能够接受到足够的反向散射，须将一定厚度的300 mm×300 mm的有机玻璃模板置于模体(23343/12)下面。连接电离室到剂量计，接通电源，对仪器进行预热。调整SSD=100 cm，照射野10 cm×10 cm(或10 cm×10 cm限光筒)使射束中心对准电离室前表面的中心，然后分别对美国VARIAN 2100 C电子直线加速器产生的6、18 MV X射线和6、9、12、16、20 MeV电子束的射野中心轴百分深度剂量曲线的建成区部分进行测量。第一点对平行板电离室前表面直接进行测量，第二点在电离室表面附加60 mm，0.5 mm厚有机玻璃1片，以后逐点增加模板厚度直至测出最大剂量点的数据，每次出束，加速器上的监测剂量仪输出为 200 MU(监测单位)。
, 百拇医药
二、结果
图1是对6、18 MV X射线使用平行板电离室，辐照条件为SSD=100 cm、射野10 cm×10 cm测量出的射野中心轴百分深度剂量曲线的建成区部分。图中曲线是测量数据经多项式拟合处理得到的 。
图1 经多项式拟合处理的射野
中心轴百分深度剂量曲线的建成区
6MV曲线方程：Y=0.0019X5-0.0675X4+0.9626X3-7.1785X2+31.715X+25.905,R2=0.9999
18MV曲线方程：Y=0.00004X5-0.0028X4+0.0838X3-1.3833X2+14.369X+19.497,R2=0.9997
, 百拇医药
表1是使用平行板电离室对不同能量的X射线和电子束的表面剂量的测量结果。其重复性均不超过1%，尤其对电子束最大也仅达0.51%，表中D20/D10[1]和R50(cm)[2]是反映X射线和电子束的质的参数，该值是使用瑞典RFA-300射野分析仪的半导体探头在水箱中测量的距水表面20 cm与10 cm处的吸收剂量率的比值和射束轴百分深度剂量曲线半峰值处有效测量点对应的深度。表面剂量Ds(%)是对X射线和电子束使用平行板电离室在SSD=100 cm、照射面积10 cm×10 cm条件下，测算出在0.5 mm厚有机玻璃模片下与在有机玻璃介质中最大剂量深度处的吸收剂量率之比。
表1 使用平行板电离室测量X射线与电子束表面剂量的结果
Ds(%)
平均数(%)
, 百拇医药
X射线(MV)
6
0.575
39.72
39.40
39.63
39.58
0.81
18
0.657
25.80
25.59
25.68
, 百拇医药
25.69
0.82
电子束(MeV)R50(cm)
6
2.4
77.47
77.62
77.49
77.53
0.19
9
3.7
83.74
, 百拇医药
83.68
83.43
83.43
0.38
12
5.1
89.23
89.02
88.78
89.01
0.51
16
6.8
, 百拇医药
93.60
93.78
93.38
93.59
0.24
20
7.9
94.21
93.93
93.99
94.04
0.30
从图1、表1中可以看出，对于X射线在源皮距与照射面积不变的情况下其表面剂量随能量的增加而减小。这主要是由于X射线随着质的变硬在介质中其角分布更锐利，向周围、向后面散射逐渐减小的缘故。对电子束其表面剂量则随能量的增加而增加，这主要是由于能量较低时，入射电子易受库仑力的作用，以较大角度散射，偏离入射方向，散射角θ变大，其cos θ值变小，最大剂量深度处电子注量Φz,max与介质表面的电子注量Φ0成正比，与cos θ值成反比，导致能量较高时，最大剂量点电子束通量变小，而表面的百分深度量Ds(%)是表面量与最大剂量的比值，故电子束表面剂量Ds(%)随能量增加而增大。
, 百拇医药
三、讨论
1. 0.5 mm厚有机玻璃模片加工面积的大小对表面吸收剂量结果的影响
表面吸收剂量即平行板电离室的有效测量点(电离室的前表面)距有机玻璃介质表面0.5 mm处的吸收剂量率与最大剂量深度的吸收剂量率之比，由于机加工精度所限，我们对0.5 mm厚有机玻璃模片的加工，其尺寸仅达到φ60 mm，这与大于10 cm×10 cm加工面积的要求相差很大，但实测中表明使用10 cm×10 cm照射野，在电离室表面附加φ60 mm与φ40 mm模片进行测量比对，其结果变化不大。两者比较仅差一个0.5 mm厚的环形有机玻璃模片，这使由散射线造成的对表面剂量的贡献减弱，同时也使最大建成深度的散射线贡献减弱，两者的剂量率的比值即表面剂量，其变化是同向的故影响不大。只不过对表面的散射基本上是横向的；对最大建成深度的散射是与束轴成一定夹角的旁向散射。当然，在辐射条件不变的情况下，使用不同面积大小的模片对表面吸收剂量测量结果的影响，主要取决于射线的能量，即X射线的角分布。
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2.有机玻璃模片加工厚度的微小变化对表面吸收剂量测量结果的影响
从表2可以看出模片厚度从0.51 mm增至0.59 mm其测量结果对X射线增加1%以上，对电子束增加较小，这主要由于X射线表面吸收剂量低，在建成区内随模片厚度增加，吸收剂量迅速提高造成的，而电子束表面剂量较高，在建成区从表面到最大剂量点分布较均匀，随模片厚度增加，吸收剂量的增加较为缓慢。
表2 不同模片厚度对表面 剂量测量结果的影响
射线种类
表面剂量(%)
相对偏差(%)
0.51mm
0.59mm
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X射线(MV)
6
39.63
40.86
1.23
18
25.68
26.94
1.31
电子束(MeV)
6
77.49
77.62
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0.13
9
83.42
83.68
0.26
12
88.78
89.02
0.24
16
93.38
93.78
0.40
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20
93.69
93.93
0.24
3.表面剂量是指皮下0.5 mm处的皮肤量与最大剂量深度处的剂量率之比Ds(%)，在临床剂量学上通常以水代替人体组织对表面剂量进行测量的研究，而使用平行板电离室将其有效测量点置于水下0.5 mm，其定位比较困难，一般使用固体水、聚苯乙烯或有机玻璃等替代物。如本文使用的测量模体有机玻璃其实测的质量密度为1.175 g/cm3，在有机玻璃中测量深度应换算成水的等效深度，其计算公式为：
ZPL=ZW.(ρtable/ρuser).1/CPL
ZPL=0.5×(1.190/1.175)×(1/1.123)
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ZPL=0.45(mm)
式中，ZPL与ZW分别为有机玻璃和水的测量深度；ρuser为用户使用的有机玻璃测量模体的实测的质量密度；ρtable=1.190 g/cm3为有机玻璃的参考值；CPL=1.123为水和有机玻璃的转换系数,ρtable与CPL值均在IAEA TRS 381报告中给出[3]。应指出0.5 mm厚的有机玻璃相当于水的0.55～0.56 mm的等效深度。
参考文献
1 IAEA Technical Reprots Series No.277. Absobed dose determination in photon and electron beams, an international code of practice, 2nd ed. Vienna: IAEA, 1997. 24.
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2 IAEA Technical Reports Series No.277. Absobed dose determination in photon and electron beams, an international code of practice, 2nd ed. Vienna:IAEA, 1997.54.
3 IAEA Technical Reports Series No.381. The use of plane parallel ionization chambers in high energy electron and photon beams, an international code of practice for dosimetry. Vienna: IAEA, 1997.77.
(收稿:1999-02-01 修回:1999-05-26), http://www.100md.com