用井式电离室刻度高剂量率192Ir放射源
作者：冯宁远 王亚非 李开宝 程金生 张瑞麟 贾桂华
单位：冯宁远(100021 北京，中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科)；王亚非(100021 北京，中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科)；李开宝(卫生部工业卫生实验所国家SSDL实验室)；程金生(卫生部工业卫生实验所国家SSDL实验室)；张瑞麟(中国原子能研究院同位素所双原公司)；贾桂华(中国原子能研究院同位素所双原公司)
关键词：
中华放射肿瘤学杂志000130 高剂量率(high dose rate ,HDR)近距离放射治疗在国内比较普及，治疗机总数已超过300台，每年临床大约需要600多颗192Ir放射源，因此源的刻度方法及精度是质量保证体系的重要内容。国内铱源生产厂家，如中国原子能研究院同位素所下属双原公司使用Capintec CRC-12核素仪标定活度；而放射治疗部门大多采用指形电离室方法刻度源的外观活度(apparent activity)或参考空气比释动能率(reference air kerma rate)。用指形电离室刻度放射源尽管普及程度高，但也有它的局限性，比如：费时费工，换算关系复杂，易受测量支架加工精度、室内空间散射等因素影响。1998年初，国家次级标准实验室(secondary standard dose laboratory, SSDL)引进了90年代初设计生产的新型井式电离室，即美国STANDARD IMAGING公司HDR 1000 Plus井式电离室及配套CDX-2000A电荷数字化仪，目的是对国内后装铱源提供更准确的剂量监测。随后SSDL会同中国医学科学院肿瘤医院近距离治疗室和双原公司对不同的源刻度方法进行了调研和协调，并对双原公司现役192Ir源重复刻度和对比，测量表明三方结果完全一致。
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1 HDR 1000 Plus井式电离室系统
HDR 1000 Plus新型井式电离室(又称4π电离室或Re-entrant Chamber)是由美国Wisconsin州立大学设计的。电离室极板直流电压高达300V，具有极低的离子复合效应和很高的离子收集效率(Aion=0.9996)；电离电流测量灵敏度可达2.08×10-19A/Bq, 故可测量高达10-8～10-7A的电离电流，用于刻度3.70×1011Bq192Ir放射源。源置放适配器(source insert holder)为直径2.2mm的铝管，与电离室共轴，源至收集极之间的材料等效壁厚稍>0.31g/cm2, 满足CPE(charged particle equilibrium)要求，可对平均能量为398keV的192Ir源建立电子平衡，且排除低能电子污染，见图1。
, 百拇医药
图1 HDR 1000 Plus井式电离室剖面图
电离室测量灵敏度与源在适配器中的位置有关，在距井底50mm处达最大值，在(50±4)mm 范围，灵敏度变化<0.1% 。同一位置读数标准差<0.01%。总泄漏电流<10-13A。电离室截面结构总高度17.5cm，井口直径3.6cm, 井深12.1cm, 收集体积245cm3，且与大气连通，电极电压由同轴电缆引入与薄铝制筒芯相连。 该设备配有137Cs标准源，用于监控仪器长期使用的稳定性。由ADCL实验室标定的刻度系数为：4.29×1018Bq/A。此外，与HDR 1000Plus配套的CDX-2000A电荷数字化仪具有改动极板电压正负极性及幅值(50%，100%)和测量电离电流(剂量率)、累积电荷(剂量)的双重功能，既能测量HDR源，也可测量低剂量率(lower dose rate,LDR)源。
2 放射源
, 百拇医药
测量所用的放射源为双源公司生产的一颗临床现役192Ir源，生产日期为1998年5月25日，厂家标定的活度为4.96×1011Bq。
3 测量方法
3.1 用井式电离室测电离电流(或电荷)换算成源的外观活度
(1)将HDR 1000 Plus 电离室与CDX-2000A电荷数字化仪连接。
(2)取French 6号后装治疗管一根，一端与HDR后装机相连，管的另一端插至井式电离室适配器底部，并在井口用胶布固接。
(3)将步进源先后设在1～25号驻留位(约6cm长)，分别做等时照射(如20秒)，测量相应电离电流，绘出电离室测量灵敏度与源所在位置的关系曲线，找出最大电流位置。
, 百拇医药
(4)在最大电离电流对应的驻留位用剂量率和(或)积分电荷模式测量当前源活度。
(5)计算公式：Aapp=MKptE，式中：Aapp为源外观活度(Bq)；M为仪表电离电流读数(nA)或60秒积分电荷(nC/60s)；Kpt为空气密度(温度、气压)校正因子；E为井式电离室及剂量仪刻度系数(4.288×1018Bq/A)。
(6)按192Ir源半衰期T1/2=74.2天推算源在1998年5月25日初始活度。
(7)在最大电离电流对应的驻留位分别取正负极50%，100%电压条件测量电离电荷复合率。Aion = 4/3-Q1/(3Q2)，其中Q1为100%极板电压条件下的测量读数，Q2为50%极板电压条件下的测量读数。
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3.2 用Farmer 2581指形电离室测水中距源r(cm)处照射量率换算成源外观活度：
Aapp=
W(r)NxKptCgr260/[Γ(S(r)]，式中W(r)为距源r处水中照射量率(C。kg-1/min)；Aapp为源外观活度(Bq)；Kpt为空气密度(温度、气压)校正因子；Nx为电离室照射量(率)刻度因子；Cg为测量点定义在电离室几何中心时, 电离室的剂量梯度校正因子；Γ为源电离常数(C。kg-1。m2/Bq。h-1)；S(r)为水介质衰减和散射校正因子；r为源至测量点电离室中心距离(cm)。
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4 测量结果
(1)HDR1000 plus电离室灵敏度，即测量读数与源驻留位关系曲线(原始数据表略)见图2。
图2 电离室测量读数与源驻留位关系曲线
(2)实测电离电荷复合率：Aion=4/3-Q1/(3Q2) =0.9997。
(3)测量源活度和推算初始活度结果见表1。
表1 不同单位1998年度不同时期用不同电离室
对同一放射源的测量结果 测量单位
, 百拇医药
测量
日期
(月-日)
测量电离室
测量源
活度
(×1011Bq)
推算初
始活度
(×1011Bq)
推算
初始活
, http://www.100md.com 度指数
百分
偏差
(%)
双原公司
05-25
CRC-12
4.96
4.96
1.014
1.5
肿瘤医院
07-08
, http://www.100md.com
Farmer 2581
3.25
4.95
1.012
1.2
肿瘤医院
07-23
Farmer 2581
2.85
5.00
1.022
2.2
肿瘤医院
, 百拇医药
09-15
Farmer 2581
1.70
4.90
1.002
0.2
SSDL
09-15
HDR1000 Plus*
1.69
4.89
1.000
, 百拇医药
0.0
SSDL
09-15
HDR1000 Plus▲
1.69
4.89
1.000
0.0
注：*：测电离电流；▲：测电离电荷
5 结论
(1)源生产厂家和医院在不同时期和用不同方法刻度的源活度经衰变校正与国家剂量监测机构SSDL标定值偏差<2.2%，这一结果在某种程度上可以缓和以往用户与厂家之间对源活度值发生的争执和疑虑。
(2)放射源生产厂家从对产品质量负责角度出发，应将源刻度不确定度控制在±5%以内。
(3)在有条件的放射治疗部门，物理师应根据质量保障—质量控制(QA—QC)规程对所购放射源的活度再次测量确认，才能用于临床，使患者接受可靠的放射剂量。
(4)测量结果反映出3个不同部门和单位之间在剂量刻度领域内不可混淆或替代的作用和关系。
(收稿：1998-09-29), 百拇医药
单位：冯宁远(100021 北京，中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科)；王亚非(100021 北京，中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科)；李开宝(卫生部工业卫生实验所国家SSDL实验室)；程金生(卫生部工业卫生实验所国家SSDL实验室)；张瑞麟(中国原子能研究院同位素所双原公司)；贾桂华(中国原子能研究院同位素所双原公司)
关键词：
中华放射肿瘤学杂志000130 高剂量率(high dose rate ,HDR)近距离放射治疗在国内比较普及，治疗机总数已超过300台，每年临床大约需要600多颗192Ir放射源，因此源的刻度方法及精度是质量保证体系的重要内容。国内铱源生产厂家，如中国原子能研究院同位素所下属双原公司使用Capintec CRC-12核素仪标定活度；而放射治疗部门大多采用指形电离室方法刻度源的外观活度(apparent activity)或参考空气比释动能率(reference air kerma rate)。用指形电离室刻度放射源尽管普及程度高，但也有它的局限性，比如：费时费工，换算关系复杂，易受测量支架加工精度、室内空间散射等因素影响。1998年初，国家次级标准实验室(secondary standard dose laboratory, SSDL)引进了90年代初设计生产的新型井式电离室，即美国STANDARD IMAGING公司HDR 1000 Plus井式电离室及配套CDX-2000A电荷数字化仪，目的是对国内后装铱源提供更准确的剂量监测。随后SSDL会同中国医学科学院肿瘤医院近距离治疗室和双原公司对不同的源刻度方法进行了调研和协调，并对双原公司现役192Ir源重复刻度和对比，测量表明三方结果完全一致。
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1 HDR 1000 Plus井式电离室系统
HDR 1000 Plus新型井式电离室(又称4π电离室或Re-entrant Chamber)是由美国Wisconsin州立大学设计的。电离室极板直流电压高达300V，具有极低的离子复合效应和很高的离子收集效率(Aion=0.9996)；电离电流测量灵敏度可达2.08×10-19A/Bq, 故可测量高达10-8～10-7A的电离电流，用于刻度3.70×1011Bq192Ir放射源。源置放适配器(source insert holder)为直径2.2mm的铝管，与电离室共轴，源至收集极之间的材料等效壁厚稍>0.31g/cm2, 满足CPE(charged particle equilibrium)要求，可对平均能量为398keV的192Ir源建立电子平衡，且排除低能电子污染，见图1。
, 百拇医药
图1 HDR 1000 Plus井式电离室剖面图
电离室测量灵敏度与源在适配器中的位置有关，在距井底50mm处达最大值，在(50±4)mm 范围，灵敏度变化<0.1% 。同一位置读数标准差<0.01%。总泄漏电流<10-13A。电离室截面结构总高度17.5cm，井口直径3.6cm, 井深12.1cm, 收集体积245cm3，且与大气连通，电极电压由同轴电缆引入与薄铝制筒芯相连。 该设备配有137Cs标准源，用于监控仪器长期使用的稳定性。由ADCL实验室标定的刻度系数为：4.29×1018Bq/A。此外，与HDR 1000Plus配套的CDX-2000A电荷数字化仪具有改动极板电压正负极性及幅值(50%，100%)和测量电离电流(剂量率)、累积电荷(剂量)的双重功能，既能测量HDR源，也可测量低剂量率(lower dose rate,LDR)源。
2 放射源
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测量所用的放射源为双源公司生产的一颗临床现役192Ir源，生产日期为1998年5月25日，厂家标定的活度为4.96×1011Bq。
3 测量方法
3.1 用井式电离室测电离电流(或电荷)换算成源的外观活度
(1)将HDR 1000 Plus 电离室与CDX-2000A电荷数字化仪连接。
(2)取French 6号后装治疗管一根，一端与HDR后装机相连，管的另一端插至井式电离室适配器底部，并在井口用胶布固接。
(3)将步进源先后设在1～25号驻留位(约6cm长)，分别做等时照射(如20秒)，测量相应电离电流，绘出电离室测量灵敏度与源所在位置的关系曲线，找出最大电流位置。
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(4)在最大电离电流对应的驻留位用剂量率和(或)积分电荷模式测量当前源活度。
(5)计算公式：Aapp=MKptE，式中：Aapp为源外观活度(Bq)；M为仪表电离电流读数(nA)或60秒积分电荷(nC/60s)；Kpt为空气密度(温度、气压)校正因子；E为井式电离室及剂量仪刻度系数(4.288×1018Bq/A)。
(6)按192Ir源半衰期T1/2=74.2天推算源在1998年5月25日初始活度。
(7)在最大电离电流对应的驻留位分别取正负极50%，100%电压条件测量电离电荷复合率。Aion = 4/3-Q1/(3Q2)，其中Q1为100%极板电压条件下的测量读数，Q2为50%极板电压条件下的测量读数。
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3.2 用Farmer 2581指形电离室测水中距源r(cm)处照射量率换算成源外观活度：
Aapp=
W(r)NxKptCgr260/[Γ(S(r)]，式中W(r)为距源r处水中照射量率(C。kg-1/min)；Aapp为源外观活度(Bq)；Kpt为空气密度(温度、气压)校正因子；Nx为电离室照射量(率)刻度因子；Cg为测量点定义在电离室几何中心时, 电离室的剂量梯度校正因子；Γ为源电离常数(C。kg-1。m2/Bq。h-1)；S(r)为水介质衰减和散射校正因子；r为源至测量点电离室中心距离(cm)。, http://www.100md.com
4 测量结果
(1)HDR1000 plus电离室灵敏度，即测量读数与源驻留位关系曲线(原始数据表略)见图2。
图2 电离室测量读数与源驻留位关系曲线
(2)实测电离电荷复合率：Aion=4/3-Q1/(3Q2) =0.9997。
(3)测量源活度和推算初始活度结果见表1。
表1 不同单位1998年度不同时期用不同电离室
对同一放射源的测量结果 测量单位
, 百拇医药
测量
日期
(月-日)
测量电离室
测量源
活度
(×1011Bq)
推算初
始活度
(×1011Bq)
推算
初始活
, http://www.100md.com 度指数
百分
偏差
(%)
双原公司
05-25
CRC-12
4.96
4.96
1.014
1.5
肿瘤医院
07-08
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Farmer 2581
3.25
4.95
1.012
1.2
肿瘤医院
07-23
Farmer 2581
2.85
5.00
1.022
2.2
肿瘤医院
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09-15
Farmer 2581
1.70
4.90
1.002
0.2
SSDL
09-15
HDR1000 Plus*
1.69
4.89
1.000
, 百拇医药
0.0
SSDL
09-15
HDR1000 Plus▲
1.69
4.89
1.000
0.0
注：*：测电离电流；▲：测电离电荷
5 结论
(1)源生产厂家和医院在不同时期和用不同方法刻度的源活度经衰变校正与国家剂量监测机构SSDL标定值偏差<2.2%，这一结果在某种程度上可以缓和以往用户与厂家之间对源活度值发生的争执和疑虑。
(2)放射源生产厂家从对产品质量负责角度出发，应将源刻度不确定度控制在±5%以内。
(3)在有条件的放射治疗部门，物理师应根据质量保障—质量控制(QA—QC)规程对所购放射源的活度再次测量确认，才能用于临床，使患者接受可靠的放射剂量。
(4)测量结果反映出3个不同部门和单位之间在剂量刻度领域内不可混淆或替代的作用和关系。
(收稿：1998-09-29), 百拇医药