放射治疗高能光子束和电子束不同吸收剂量校准方法的比较

2024年1月26日发(作者：)

RESEARCH WORK放射治疗高能光子束和电子束不同吸收剂量校准方法的比较李磊，杨波，石翔翔西南医科大学附属医院 肿瘤科，四川 泸州 646000[摘 要] 目的 介绍国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）第277号报告（TRS277）和第398号报告（TRS398）在医用加速器高能光子束和电子束吸收剂量校准的测定条件和计算方面的差异，实践基于水吸收剂量校正因子的高能光子束和电子束吸收剂量校准。方法 使用ELEKTA Precise直线加速器、UNIDOSE剂量仪、PTW30013电离室和水箱，分别按照TRS277和TRS398推荐的校准方法测定6、10、15 MV三档光子束和6、9、12、15、18和20 MeV六档电子束的吸收剂量，并对结果进行比较。结果 6、10、15 MV X射线的吸收剂量偏差分别为-0.49%，-1.13%，-0.82%。6 MeV和9 MeV电子束的吸收剂量偏差分别为-2.25%，-1.53%。12、15、18和20 MeV电子束的吸收剂量偏差在-0.82%~-0.99%之间。结论 相较于TRS277，TRS398需要的参数更少，更接近现场测量实际情况。除6 MeV和9 MeV电子束外，采用两种规程测量的结果偏差约在1%以内。[关键词] 放射治疗；吸收剂量；直线加速器；电离室Comparison of Different Calibration Method of Absorbed Dose for High-energyPhoton and Electron Beams in RadiotherapyLI Lei, YANG Bo, SHI XiangxiangDepartment of Oncology, The Affiliated Hospital of Southwest Medical University, Luzhou Sichuan 646000, ChinaAbstract: Objective To introduce and compare the discrepancy in the measurement conditions and calculation of absorbed dose

calibration of linac high-energy photon and electron beams between report No.277 (TRS277) and No.398 (TRS398) published by the

International Atomic Energy Agency (IAEA). And to practice the dose calibration of high-energy photon and electron beams base

on the absorbed dose calibration factor of water. Methods According to the TRS277 and the TRS398 protocol, the absorbed dose of 6 MV,

10 MV, 15 MV photon beams and 6 MeV, 9 MeV, 12 MeV, 15 MeV, 18 MeV, 20 MeV electron beams produced by the ELEKTA

Precise linac was measured with the help of water tank, dosimeter and ionization chamber, respectively. Results For 6 MV, 10 MV,

15 MV photon beams, the relative deviation was -0.49%, -1.13%, -0.82%, respectively. For 6 MeV and 9 MeV electron beams, the

relative deviation was -2.25%, -1.53%, respectively. For 12 MeV, 15 MeV, 18 MeV and 20 MeV, the discrepancy vary from -0.82%

to -0.99%. Conclusion Comparing to TRS277, TRS398 needs fewer parameters, and closer to the actual condition of site measuring.

Except for 6 MeV and 9 MeV electron beams, the deviation measured by TRS277 and TRS398 is about within 1%.Key words: radiotherapy; absorbed dose; LINAC; ionization chamber[中文图类号] R815 [文献标识码] Adoi：10.3969/.1674-1633.2021.05.017 [文章编号] 1674-1633(2021)05-0074-03引言医用加速器高能光子束和电子束输出剂量校准是放射治疗质量控制的重要项目之一，也是肿瘤剂量能够精确给予的前提[1]。理论上来讲，人体不同部位的组织的组分和电子密度等参数与水是有一定差异的，需要分别对其进行加速器输出剂量校准，才能确保相应组织在同样的辐射场中接收到最精确的剂量。但实际上考虑到人体组织结构的复杂性和差异性，要想实现不同组织的加速器输出剂量校收稿日期：2020-05-21通信作者：杨波，高级工程师，主要研究方向为放射物理、放疗质控及设备维修。通信作者邮箱：准是不太现实也不具备推广价值的。在放射治疗的理论框架中，水被视为人体易得、最廉价的组织替代材料，因此基于水的加速器输出剂量校准是不同组织的加速器输出剂量校准更好的近似。2000年国际原子能机构（International Atomic Energy

Agency，IAEA）发布的第398号（TRS 398）技术报告[2]，推出了基于水吸收剂量校准因子的输出剂量校准规程。目前，主要发达国家已广泛开展基于水吸收剂量的加速器输出剂量校准。TRS398号报告发布以来，国内一些学者也进行了相关的研究工作[3-6]。特别是近几年来，中国计量科学研究院开展了诸多工作[7-11]，逐步建立并完善了60Co水吸74中国医疗设备 2021年第36卷 05期

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收剂量国家标准，已经开展了基于TRS398号报告的剂量测试系统的校准服务。我国已有部分医院已经开始使用水吸收剂量校准因子进行加速器输出剂量校准，但主要集中在发达城市的大型医院，更多的地方医院仍使用的是基于IAEA发布的第277号（TRS277）报告的检定规程[12]，尚未开展基于水吸收剂量校准因子来校准加速器输出剂量[6]。对于临床工作的放疗物理师来说，不管运用哪一种校准规程，都应该搞清楚测量条件，运用正确的计算公式，弄明白各物理量的意义，并选取合适的参数值用以准确校准加速器输出剂量。本文拟梳理TRS277和TRS398号报告在测量条件和计算方面的差异，并对测量结果的进行比较，为即将开展相关工作的基层医院提供一定的参考。1 材料与方法1.1 材料与仪器我院使用的ELEKTA precise电子直线加速器拥有6、10和15 MV三档能量光子束和6、9、12、15、18和20 MeV六档能量电子束。测量设备有30 cm×30 cm×30 cm水箱，UNIDOSE剂量仪及PTW30013 Famer电离室、温度计、气压表。测量模体为自来水。其中，PTW30013电离室基本技术参数为：气腔体积0.6 cm3，气腔半径3.05 mm，室壁为0.335 mm厚聚甲基丙烯酸甲酯（1.19 g/cm3），中心电极为直径1.1 mm铝。1.2 方法本文对TRS277和TRS398推荐的光子束和电子束输出剂量校准的条件和计算公式的差异进行了梳理，查找并计算了吸收剂量计算所需参数的值，最后分别按照TRS277和TRS398对不同能量的光子束和电子束推荐的校准条件进行摆位测量。每个档位的射线重复测量5次并取平均值，然后将其转换到最大剂量深度处的吸收剂量值并记录下来，277并计算出两者的相对偏差ε=Dw,Q-D398w,QD277×100%w,Q。每次测量都经过现场温度气压修正。1.2.1 校准条件比较光子束和电子束的校准条件比较，见表1~2。表1 TRS277与TRS398推荐的光子束吸收剂量校准条件比较项目TRS277TRS398模体水或等效模体水电离室类型圆柱型圆柱形校准TPR20,10≤0.7, 5 g/cm2深度2TPR20,10TPR20,10>0.7, 10 g/cm≤0.7, 5或10 g/cm2TPR20,10>0.7, 10 g/cm2电离室参考点电离室空穴体积中心电离室空穴体积中心有效测面向射线入射方向，参量点考点前方0.6r（r为电离电离室几何中心室半径）处源皮距100 cm100 cm照射野大小10 cm×10 cm10 cm×10 cm1.2.2 计算公式比较吸收剂量的计算公式比较如表3所示。RESEARCH WORK表2 TRS277与TRS398推荐的电子束吸收剂量校准条件比较项目TRS277TRS398模体水或等效模体水R50<4 g/cm2，平行板电电离室离室类型圆柱型R50>4 g/cm2，圆柱型或5 MeV≤E平板电离室0≤10 MeV，最大剂量深度处或校准10 MeV≤

Gy/C，6、10和15 MV光子束的kQ值分别为0.9897、0.9824和0.9773，6、9、12、15、18和20 MeV电子束的kQ值分别为0.9202、0.9106、0.9045、0.8998、0.8966和0.8946。其余参数值通过前人研究并进行多项式拟合而得[13-14]，见表4~5。表4 光子束吸收剂量计算所需参数及对应值能量/MVTPRTPR2010/Sw,airPuPcelPDD/%60.691.11721.00151PDD5=86.88100.711.11081.00321PDD10=72.69150.751.09891.01821PDD10=75.40中国医疗设备 2021年第36卷 05期

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RESEARCH WORK表5 电子束吸收剂量计算所需参数及对应值能量/MeVE0/MeVRP/cmSw,rpu66.093.2001.0581.00898.564.511.0501.0081211.015.681.0181.0081513.797.270.9951.0081816.478.560.9831.0082018.139.580.9871.0082 结果测量结果表明：光子束和电子束，都是依据TRS277的测定值比TRS398的测定值要更小；对于光子束，两个规程测得6、10和15 MV的吸收剂量相对偏差分别为-0.49%、-1.13%和-0.82%；对于电子束，两个规程测得6、9、12、15、18和20 MeV的吸收剂量相对偏差分别为-2.25%、-1.53%、-0.82%、-0.85%、-0.93%和-0.99%（表6）。表6 吸收剂量测量结果比较能量6 MV (X) (射线)TRS277ε10 MV (X)99.54TRS398-0.49/%15 MV (X)98.92100.03100.04-1.136 MeV (电子线101.32102.15-0.829 MeV (-2.2512 MeV (电子线))100.5399.64101.88102.07-1.5315 MeV (电子线电子线))98.8699.67-0.8218 MeV (20 MeV (电子线电子线))100.8697.26101.15101.8098.09-0.85102.30-0.93-0.993 讨论在日常临床工作中，通常使用指形电离室校准和监测光子束和电子束的吸收剂量。对医用加速器产生的MV级光子束和10 MeV以上的电子束而言，射线与人体组织或其等效模体相互作用时，散射相对较弱，注量扰动也较小，常用0.6 cc的指形电离室进行吸收剂量校准[15]。但对电子线而言，随着能量降低，散射本领迅速增强，注量扰动也随之变大且不确定性增加，因此对能量小于10 MeV的电子束，推荐使用平行板电离室进行吸收剂量校准[16]。由于设备条件限制，本文用0.6cc指形电离室测定6 MeV和9 MeV电子束，两个规程测得的结果偏差分别为-2.25%和-1.53%，部分原因可能是直接用扰动因子修正低能电子束注量扰动的不确定性会引入更大的不确定度，因此需要用平行板电离室进一步测定。TRS277量值溯源到照射量基准或空气比释动能基准，即由国家标准实验室在空气辐射场中给出照射量因子Nx或空气比释动能因子Nk。Nx或Nk需要用与所用电离室相关的转换因子Katt和Km转换为空气吸收剂量校准因子ND,air。Katt和Km对同型号电离室存在个体差异，但在使用中往往忽略了这种个体差异。ND,air须经过水对空气的组织本领比Sw,air、扰动因子Pu和电离室中心收集极空气不完全等效校正因子Pcel才能计算出最终水介质中的剂量。Sw,air通过查找表格得出，但在实际使用过程中，射线质和组织本领比76中国医疗设备 2021年第36卷 05期

VOL.36 No.05校准深度zref /cmzref对应的PDD/%TRS277TRS398TRS277TRS3981.51.43100100.122.10100100.122.77100101.023.4310099.524.1210099.234.6299.996.4的值并没有直接反映在表格中，而是需要通过拟合或插值的方法计算而得，这就增加了用户方面的不确定度。不同能量的射线，不同材料的电离室对应的Pu值是不同的，但关于Pu值的资料有限，查找的值比较粗略。TRS398直接溯源到水吸收剂量基准，即由国家标准实验室在水辐射场中给出水的吸收剂量校准因子ND,W。该基准不需要校正因子传递，只需要查找计算kQ值，不需要用户修正注量梯度扰动影响，也不需要Pcel因子，省去了用户参与查找计算过多的修正因子，降低了用户方面带来的不确定度。另外，基于水吸收剂量基准标定所用的辐射场与临床日常工作所用辐射场一致，降低了剂量标定的不确定度。[参考文献][1] Agency entation of the international code of

practice on dosimetry in radiotherapy (TRS 398): review of

testing results. Final report of the coordinated research projects

on implementation of the international code of practice TRS

398 at Secondary Standards Dosimetry Laboratories and

hospitals[J].Ussr Comput Math & Phys,2005,14(4):19-33.[2] Musolino ed dose determination in external beam

radiotherapy: an international code of practice for dosimetry

based on standards of absorbed dose to water; technical reports

series no. 398[J].Health Phys,2001,81(5):592-593.[3] 王军良,周振山,盛洪国,等.IAEA TRS398与TRS277应用于加速器输出量校准的比较[J].中国医学物理杂志,2011,28(3): 2594-2596.[4] 郭妍妍,毕平,李小东.高能电子束不同吸收剂量测量方法的比较[J].中华放射医学与辐射防护杂志,2013,6(3):103-106.[5] 谢潮,邹炼,郑霞.基于IAEA398号报告的绝对剂量校准软件开发[J].中国医疗设备,2016,31(1):39-41.[6] 喻伟,徐胜,马宏宾,等.基于IAEA398号报告进行直线加速器输出剂量的校准与探索[J].中国医学物理学杂志,2017,34(3):235-239.[7] 王坤,李涛,杨小元.60Co水吸收剂量的量值复现和国际对比验证[J].中国医学物理学杂志,2013,30(6):4476-4479.[8] 金孙均,王志鹏,王坤,等.60Coγ辐射的空气比释动能及水吸收剂量的NIM-IAEA双边对比[J].计量学报,2016,37(4):441-443.下转第90页

RESEARCH WORK[8] Han DS,Suh YS,Kong SH,et am predicting long-term survival after d2 gastrectomy for gastric cancer[J].J Clin

Oncol,2012,30(31):3834-3840.[9] 韦明珠,赵振华,胡红杰,等.宫颈癌MRI影像组学参数预测宫颈鳞癌p53的价值[J].中国医学影像学杂志,2019,27(12):934-937.[10] 薛珂,李卓琳,李振辉,等.多参数MRI影像组学特征识别HER-2过表达型乳腺癌[J].放射学实践,2020,35(2):186-189.[11] Yano M,Ito K,Yabuno A,et of TP53

immunohistochemistry on the histological grading system for

endometrial endometrioid carcinoma[J].Mod Pathol,2019,32(7): 1023-1031.[12] Rižner ery of biomarkers for endometrial

cancer: current status and prospects[J].Expert Rev Mol

Diagn,2016,16(12):1315-1336.[13] Lee JY,Jung DC,Park SH,et rative prediction model

of lymph node metastasis in endometrial cancer[J].Int J

Gynecol Cancer,2010,20(8):1350-1355.[14] Ünsal M,Kimyon CG,Karalok A,et preoperative

serum CA125 can predict the lymph node metastasis in

endometrioid-type endometrial cancer[J].Ginekol Pol, 2018,89(11):599-606.[15] Ueno Y,Forghani B,Forghani R,et trial

Carcinoma: MR Imaging-based texture model for

preoperative risk stratification-a preliminary analysis[J].Radiology,2017,284(3):748-757.[16] Peikert T,Duan F,Rajagopalan S,et high-resolution

computed tomography-based radiomic classifier for screen-identified pulmonary nodules in the National Lung Screening

Trial[J].PLoS One,2018,13(5):e0196910.[17] Gerlinger M,Rowan AJ,Horswell S,et umor

heterogeneity and branched evolution revealed by multiregion

sequencing[J].N Engl J Med,2012,366(10):883-892.[18] Avanzo M,Stancanello J,El Naqa imaging: The

promise of radiomics[J].Phy Med,2017,(38):122-139.[19] Cheung HMC,Karanicolas PJ,Hsieh E,et gadolinium

enhancement of colorectal liver metastases post-chemotherapy

is associated with tumour fibrosis and overall survival post-hepatectomy[J].Eur Radiol,2018,28(8):3505-3512.[20] Xu X,Li H,Wang S,et lanar MRI-Based predictive

model for preoperative assessment of lymph node metastasis in

endometrial cancer[J].Front Oncol,2019,(9):1007.[21] Liu H,Zhang C,Wang L,et radiomics analysis for

predicting preoperative synchronous distant metastasis in

patients with rectal cancer[J].Eur Radiol,2019,29(8):4418-4426.[22] Bozkurt BT,Koç G,Sezgin G,et of apparent diffusion

coefficient values in differentiating malignant and benign breast

lesions[J].Balkan Med J,2016,33(3):294-300.[23] Liu S,Guan W,Wang H,et nt diffusion coefficient

value of gastric cancer by diffusion-weighted imaging:

Correlations with the histological differentiation and Lauren

classification[J].Eur J Radiol,2014,83(12):2122-2128.[24] 徐培红,龚琼,彭峰,等.不同表观扩散系数评估子宫内膜癌盆腔淋巴结转移的应用价值[J].医学影像学杂志,2019,29(4):636-639.[25] Woo S,Cho JY,Kim SY,et ram analysis of apparent

diffusion coefficient map of diffusion-weighted MRI in

endometrial cancer: a preliminary correlation study with

histological grade[J].Acta Radiol,2014,55(10):1270-1277.[26] Addley H,Moyle P,Freeman ion-weighted

imaging in gynaecological malignancy[J].Clin

Radiol,2017,72(11):981-990.本文编辑 皮志超上接第76页[9] 苌雪,王坤,张健,等.高能光子束水吸收剂量辐射质转换因子的实验测量[J].中国医学物理学杂志,2017,34(12):1196-1199.[10] 刑立腾,夏勋荣,姚绍卫,等.基于水吸收剂量校准因子的应用与分析[J].计量技术,2018,(4):42-44.[11] 王志鹏,王坤,金孙均,等.医用加速器高能光子束水吸收剂量测量及不确定度分析[J].计量学报,2019,40(6):1124-1128.

[12] Zakaria GA,Wilhelm ination of absorbed dose to

water for high energy photon and electron beams--comparison

of different dosimetry protocols[J].Z Med Phys,2003,13(4):281.[13] 胡逸民,张红志,戴建荣.肿瘤放射物理学[M].北京:原子能出版社,1999.[14] 刘宜敏,石俊田,译.放疗物理学.第4版[M].北京:人民卫生出版社,2011.[15] 夏勋荣,王鹏,蒋伟,等.6MV高能光子束水吸收剂量的计算及不确定度分析[J].中国医疗设备,2018,33(6):21-24.[16] 王志鹏,王坤,范耀东,等.加速器辐射质测量方法的比较分析[J].计量学报,2016,37(6A):104-107.本文编辑 韩莹90中国医疗设备 2021年第36卷 05期

VOL.36 No.05