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物理师的基本功:剂量校准的那些事!
        输出剂量校准是放射治疗物理师的基本功,关系到直线加速器出束剂量的准确性,最终关系到临床医生的处方剂量是否能精准地投照到患者体内,其中的细节问题必须搞清楚......
        什么是比释动能和照射量?校准因子的定义是什么?如何理解校准因子计算公式中每项参数的意义?阅读校准证书程中应注意哪些问题?
        校准因子计算实例演示,帮您揭开层层迷团。
一、相关问题

       1、什么是比释动能和照射量?
       不带电粒子与物质相互作用分为两个主要阶段:第一、不带电粒子(光子)与介质相互作用产生次级电子;第二、次级电子电离介质产生电离电荷。其中照射量就是衡量第二个阶段中单位介质中产生的电离电荷量的物理量,即C/Kg。同样能量转移和沉积的过程也分为两个阶段:第一、不带电粒子(光子)将其全部或者部分能量转移给次级电子,次级电子从不带电粒子那里获得的能量即为比释动能;第二、次级带电粒子将从不带电粒子那里获取的能量通过电离电荷将能量沉积在介质中即吸收剂量。

       2、电离室同静电计仪器一起检定吗?
       剂量测量系统分为两个部分:一是电离室,电离室的作用是射线在其中产生电离电荷。另外一部分是静电计,静电计的作用是通过放大作用测量电离电荷量。静电计分绝对电学刻度和非电学刻度,电学刻度的静电计就是静电计独立用电学量库仑C 和安培 A 绝对刻度的,绝对电学刻度静电计可以独立校准。非电学刻度的静电计,无论电离室是否经过独立刻度,有无电离室刻度因子,都须将电离室和静电计连接在一起校准得到一个剂量计整体校准因子。

        3、校准因子有无量纲?


 我们首先看下校准因子的定义:

       
比释动能的单位是Gy (格瑞),如果剂量仪读数单位是Gy (格瑞),那么校准因子无量纲。如果剂量仪读数单位是C (库伦),那么校准因子单位是Gy/C,同理如果剂量仪读数单位是伦琴,则校准因子单位是Gy/R。
        

       照射量的单位是R (伦琴),如果剂量仪读数单位是R(伦琴),那么校准因子无量纲。如果剂量仪读数单位是Gy (格瑞),那么校准因子单位是R/Gy,所以校因子有无量纲一是看校准的基准,二看仪器读数。


       4、仪器读数直接乘以校准因子得到水的吸收剂量,然后做修正即可,这样理解正确吗?
       可以肯定的说,绝对不正确。下面基于TRS-277比释动能和照射量校准的因子分别说明。
    4.1 比释动能校准因子
       仪器读数Mu×Nk=空气中的比释动能真值,此时获得的是空气中的比释动能真实值,而不是水中的吸收剂量。比释动能是不带电粒子转移给次级带电粒子的能量,次级带电粒子将能量通过电离电荷的形式沉积在了介质中,此时次级电子并没有把所有的能量用于电离电荷沉积在介质中,而是有一部分通过韧致辐射的形式损失了,务必去掉这一部分损失的能量才是沉积在介质中的能量即吸收剂量,因此仪器读数 Mu×Nk×(1-g)=电离室空腔中空气的吸收剂量。如果将电离室置于固体水模或者液体水中,测水中的吸收剂量(电离室测得吸收剂量永远是电离室空腔中空气的吸收剂量),必须转化为空间同一位置处水的吸收剂量,将空气中的吸收剂量×特定射线质下水与空气的平均质能阻止本领比(Sw,air),即得到水中的吸收剂量Dw(Peff)=MuNk(1-g)(Sw,air),最后做简单修正就可得到准确的水的吸收剂量:


4.2 照射量校准因子  
仪器读数 Mu×Nx=空气中的照射量真值,此时获得的是电离室空腔中空气照射量真实值,照射量是次级电子在单位质量介质中产生的电离电荷,照射量×平均电离能W/e(在空气中产生一对离子平均所须能量比电子电荷)=空气中的吸收剂量。需要注意的是这里空气中照射量的单位是伦琴(1R=2.58*10-4C/Kg),而平均电离能的单位是 J/C ,因此必须将照射量单位由伦琴转化为C/Kg,则电离室空腔中空气的吸收剂量 D=Mu×Nx×2.58*10-4×W/e 。同理如果将电离室置于固体水模或者液体水中,测水中的吸收剂量,应将空气中的吸收剂量×特定射线质下水与空气的平均质能阻止本领比 (Sw,air) ,即得到水中的吸收剂量最后做几个简单的修正。


       5、还有哪些修正因子?
        其中Km  是电离室材料空气不等效修正因子,Katt  是电离室材料对射线的吸收和散射的修正因子。Pu  是扰动因子,Pcel 是电离室收集极空气等效不完全修正因子。以上所有参数均是电离室本身属性可查表或图获得。

       6、检定证书实际使用过程中需要注意哪些事项?
        首先检定证书会说明电离室检定时所加高压,建议平时使用剂量仪电离室也在该数值下工作。电学量绝对刻度的剂量仪,证书上通常会给出一个是输入剂量仪的电离室刻度因子或灵敏因子,我们知道剂量仪测量的是电荷量,如果剂量仪显示读数单位是Gy,那么仪器内部一定是有一个固定的参数即灵敏因子将电荷量转化为了Gy,这时仪器内部的这个参数是不能改动的。如果仪器读数是伦琴,那么仪器会根据电离室空间体积算得一个空腔中空气质量,最后将电荷量转换为以伦琴为单位的读数,同理这个参数也是不能擅自改动的。如下图:

  
        如果使用的剂量仪能够同时显示不同单位的测量数据,此时要格外注意校准证书中校准时剂量校准单位使用的电离室刻度因子或灵敏因子是哪一个,在使用该剂量仪测量时需要使用和校准证书相同的电离室刻度因子或灵敏因子。

      7TRS-398的计算公式有哪些优势?
      TRS 398 报告推荐的是直接在水中测量的水吸收剂量校准因子ND, WQ0。基于空气比释动能(或照射量)校准的电离室测量吸收剂量时,不仅要根据电离室型号选取所用的 KattKm,还要根据被测辐射质确定水对空气的阻止本领比Sw, air和扰动因子Pu等量,才能得到水中吸收剂量,而 TRS 398 报告所引用到的参数只有KQ, Q0,这使得测量水中吸收剂量更为简便,减少了测量所需的时间和工作量,同时,由于引用参数的减少,因而也降低了测量结果的不确定性。

   

       式中MQ:射线质为Q条件下的静电计读数,除射线的质因素外,其它影响因素均作过校正。ND,w,Q0:参考射线质为Q0时,水吸收剂量形式的校准因子,单位:Gy/C。kQ,Q0:修正电离室在参考射线质Q0和用户射线质中响应上的差异而引入的因子,Q0为参考射线的质,Q为用户射线的质。


二、校准因子计算实例演示
    
       我们工作中使用的剂量仪每年都要送检,检定报告也不完全一致,那么如何根据不同的检定报告计算自己使用的用户使用因子呢?

      下面是不同检定报告的不同计算方法实例演示:


三、基于空气比释动能(或照射量)校准因子的用户电子线测量时注意事项
当电子束的能量大于1 0 Mev或条件不具备时, 可以使用Farmer 型电离室,但当电子束的能量小于 5 Mev 时则必须使用平行板电离室。

    (一)、需查表数据
      1、 Katt· Km,查表见国标 JJG 589-2008 表 C2 或 277 号报告表 VIII,如表中无你所查找的电离室, 可查看厂家电离室说明书或补充说明,一般厂家电离室会附有该文件。
      2、根据吸收剂量 RD50或电离量RJ50的半值深度查出模体表面的平均能量`E0。其中吸收剂量或电离量的半值深度由三维水箱测得,可查看单位存档得到。查表见国家 JJG589-2008 表2或 277号报告表IV。
      3、根据模体表面平均能量E0和测量深度z/Rp(用最大剂量深度/射程 表示测量深度)两个量值查表得到最大剂量深度处(校准深度)电子平均能量与模体表面电子平均能量的比值。以此得到最大剂量深度处(校准深度) 处的平均电子能量`EZ。查表见国家JJG 589-2008 表 C5 或277 号报告表 V。
      4、根据最大剂量深度处(校准深度) 处的平均电子能量`EZ及电离室的有效半径 r, 两个量值查表得到该电离室的电子束扰动修正因子 Pu。
      5、根据实际射程、 测量深度查表得到该射线质在测量深度处的水对空气阻止本领比 Sw,air。查表见国家 JJG 589-2008 表 C8 或277 号报告表。


  (二)、电子束扰动修正因子 Pu 查表流程图 
        
(欢迎各位老师更正)

(本文已获得作者授权刊登)

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