医用电子直线加速器辐射束吸收剂量标定中校准因子计算的微信小程序设计

杨志宇

福建医科大学附属协和医院放疗科 （福建福州 350001）

放射治疗通过将不同能量的X（γ）线、高能电子线等照射于人体，使电离辐射与人体组织中的原子相互作用而达到治疗目的，辐射线能量需在肿瘤组织中达到一定的吸收剂量才可有效灭杀肿瘤细胞，因此，医用电子直线加速器输出剂量的精确校准是确保放射治疗剂量精准度的基础。世界卫生组织规定，用于放射治疗的X 线和电子线，绝对剂量校准误差应在±2%范围内[1]。为了确保医用电子直线加速器实际输出剂量值的统一和测量结果的准确，IAEA TRS 277号和TRS 398号报告及AAPM TG 51号技术报告中均有推荐的剂量标定方法[2-4]。无论采用哪一种校准规程，涉及的参数（转换因子和修正因子）均较多，在剂量校准计算过程中往往需要查表并进行一维或二维的插值计算，而烦琐的计算过程既费时又易出错。基于此，本研究根据IAEA TRS 277号和TRS 398号报告，采用微信开发者工具设计一个微信小程序，用户可根据自己需求选择测量规程，帮助物理师理顺各规程中转换因子、修正因子的关系，实现医用电子直线加速器辐射源标定的吸收剂量校准参数的快速自动计算，缩短计算时间，避免人为因素出错，确保计算精度及可靠性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

TRS 277号报告中，射线质水中参考深度处吸收剂量的计算公式如下：

TRS 398号报告中，射线质水中参考深度处吸收剂量的计算公式如下：

以上计算公式中，Mun为未经校正后的电离室剂量仪的读数；KTP为温度气压修正因子；Kpol为电离室的极化效应修正因子；Kelec为静电计修正因子；Ks为电离复合效应修正因子；NX为照射量校准因子，NK为空气比释动能校准因子，ND,w,Q0为60Co 辐射场中水里校准因子，这三个参数的值由计量院检测部门提供；Dw为吸收剂量，单位为cGy，其中，在计算吸收剂量时，NX需乘以伦琴国际单位换算因子2.58×10-4C/kg；为空气的平均电离能转换成电离辐射所沉积的能量（吸收剂量），其值为33.97 J/C；g 为次级带电粒子韧致辐射损失的那部分能量，一般取0.003；Km为电离室材料空气不完全等效的校正因子，Katt为电离室材料（包括平衡帽）对射线吸收和散射的校正因子，这两个值只与电离室本身有关，一般可由厂家给出或通过电离室型号查表获得；Pu为电离室室壁材料非水物质完全等效校正因子，又称为扰动因子，在水中测量时，室壁材料产生的电子和对电子的阻止本领与水不同，可通过图（即TRS 277 号报告中的FIG.14）量化获取；Pcel为中心收集电极的空气不完全等效校正因子，对于能量≤25 MeV 的光子束一般取1，而对于电子束，Pcel则不为1，而是根据中心收集电极的材料和电离室半径查表获得；Sw,air为水与空气的阻止本领比值。在TRS 277号报告中，对于高能X（γ）线束，Sw,air数值取决于射线质PDD20/PDD10（即D20/D10）的值，不同医用电子直线加速器的D20/D10值均存在差异，D20/D10不在TRS 277的表XIII 内的Sw,air数值需通过插值法计算；对于高能电子束，电离室在水中测量时，Sw,air的值取决于射程（由三维水箱采集数据时给出）和有效测量点的深度Z，不在表X 内的高能电子束Sw,air值，也需进行一次或二次插值。在TRS 398号报告中，KQ,Q0是能量校准因子，依使用的电离室及射线质的不同而不同，在该报告中，光子束的射线质定义为体膜比TPR20/TPR10，电子束的射线质定义为R50，光子束对应TRS 398号报告中表6.III，电子束对应表7.III，在表中未罗列的射线质，KQ,Q0值经插值法求得。若实际使用的电离室型号不在TRS 277号或TRS 398号报告的表格里，则计算所需的所有参数均由厂家提供。

为了便于程序上的描述，现将剂量校准因子（calibration factors，CF）定义如下。

依据TRS 277号报告中高能X 线和电子线的校准规程，当剂量仪校准证书中NX的单位为Gy/min 时：

1.2 程序设计思想与方法

该程序使用微信官方发布的微信开发者工具中的微信标记语言（WXML）和样式语言（WXSS）设计用户可视化操作界面，JavaScript 语言设计用户与可视化界面的交互逻辑，实现一维、二维表的插值查询算法，并依据TRS 277号和TRS 398号报告中的计算公式进行相关参数的计算，将最终计算结果反馈至可视化图形界面。用户只需在可视化图形界面填入TRS 277号或TRS 398号报告中推荐的剂量计算所需的数据，即可自动计算CF值，可大大节省翻找表格的时间，实现用户无需下载安装程序，就能“触手可及”的方便应用。小程序计算流程见图1。

图1 小程序计算流程

2 结果

用户进入微信小程序后，根据需求选择使用TRS 277号或TRS 398号报告中校准规程，程序运行界面见图2。以本单位Varian 23EX 医用电子直线加速器6 MV 光子线和12 MeV电子线进行测试，测试结果见表1～5。测量设备：PTWUNIDOSwebline剂量仪器，量程单位为Gy/min；PTW30013 0.6cc 指型电离室，电离室敏感体积（空腔内径）为3.05 mm，室壁材料为聚甲基丙烯酸酯，中心收集电极为铝材料，直径（d）为1.1 mm，中心收集电极内半径（r）为3.05 mm，电离室的Katt×Km=0.972；经三维水箱实际测量，12 MeV电子线的R50=4.962 cm，E0=11.56 MeV，中国计量科学研究院给定的照射量校准因子NX=103.9，ND,W=0.996。

图2 基于TRS 277 号报告中校准规程的6 MV X 线CF 计算的操作界面和数据报告示意图

2.1 静电计和电离室极化效应、复合效应的校准

使用微信小程序计算静电计修正因子Kelec、电离室的极化效应修正因子Kpol和复合效应修正因子Ks的值，校准所需用户提供的参数及小程序计算结果见表1。

表1 静电计和电离室极化效应、复合效应的校准情况

2.2 TRS 277号校准规程

进入微信小程序，选择TRS 277号校准规程，输入校准因子NX 的值，根据本单位的剂量仪、电离室型号，量程单位，程序采用公式（4）进行CF的计算。校准条件如下。（1）6 MV X 线：射野10×10，源皮距SSD=100 cm，校准深度为水下5 cm 处，计算结果见表2。（2）12 MeV 电子线：选用10×10的限光筒和标准铅块，源皮距SSD=100 cm，校准深度为水下2.5 cm，计算结果见表3。

表2 基于TRS 277号报告中校准规程的6 MV X 线CF 值计算结果

表3 基于TRS 277号报告中校准规程的12 MeV 电子线的CF 值计算结果

2.3 TRS 398号校准规程

进入微信小程序，选择TRS 398号校准规程，输入校准因子ND,W的值，程序采用公式（7）进行CF值的计算。校准条件如下：6 MV X 线，射野10×10，源皮距SSD=100 cm，校准深度为水下5 cm 处，计算结果见表4；12 MeV 电子线，选用10×10的限光筒和标准铅块，源皮距SSD=100 cm，校准深度为水下2.9 cm 处，计算结果见表5。

表4 基于TRS 398号报告中校准规程的6 MV X 线CF 值计算结果

表5 基于TRS 398号报告中校准规程的12 MeV 电子线CF 值计算结果

3 讨论

《肿瘤放射物理学》[5]第三章中以及TRS 277号报告中对电离室的校准方法均有详细的描述，其中，涉及大量用参数处理以及数据之间的转换，采用人工计算方法不仅耗费时间且易出错。彭永伦和郭洪涛[6]采用Excel 表格对TRS 277号报告中加速器输出量检定参数的计算进行了研究，提高了计算CF值的效率及准确性。但即使是同一厂家生产的相同型号、相同标称电位的医用电子直线加速器，PDD也会存在一定的差异，此时，便需要对每台设备进行独立测量计算，建立多套数据表格。谢朝等[7]运用面向对象的Python 程序开发了基于TRS 398号报告的绝对剂量校准软件，该软件需要在Windows 平台下运行。目前，TRS 277号报告及TRS 398号报告推荐的方法在我国医疗机构中均有使用，因此，本研究采用的微信开发者工具开发的微信小程序，适用于TRS 277和TRS 398两种剂量标定规程，用户可根据自己的需求选择合适的校准规程，通过用户可视化界面的简单操作即可计算出所需测量深度处的校准因子，校准参数的数值可显示在数据报告中，方便用户核对各个修正因子的准确性。从测试结果看，基于TRS 277号报告中校准规程计算的6 MV X 线的CF值为1.1645，而基于TRS 398号报告中校准规程计算的CF值为1.1554，结果差异为（1.1645-1.1554）÷1.1554×100%≈0.788%，小于1%。但在剂量标定的实践过程中，需注意射线辐射值、电离室的选择以及探头有效测量点的位置等参数。

在我们设计的微信小程序中，温度气压KTP 因子被单独列出，未合并计算到CF值中，主要考虑两个因素：（1）用户只要确定好测量的能量和测量设备，其他修正因子均不会改变，但对于温度气压修正因子来说，每次剂量校准时温度和气压均会有所不同，从而影响电离室内空气的质量，KTP 因子便会随之变化；（2）避免温度、气压表出现故障，造成计算结果偏差，使用户无法及时发现误差来源，从而错误调整了标定剂量。

在实际测量时，还需考虑电离室的极化修正因子和复合修正因子这两个参数，尽管其结果很接近于1，但很多物理师在剂量标定时易忽略这两个因素的存在，因此，为了确保剂量标定结果的准确性，将这两个参数也写入了程序中，方便新入职的物理师进行规范学习和计算。但对于平行板电离室，不建议考虑极化修正因子，因为平行板电离室入射窗内表面涂有导电涂层，极性电压的改变将使入射窗口扭曲形变，损害导电涂层，对剂量测量的影响远大于极性修正的影响。

总之，本程序取代了手工查表和插值计算CF值的过程，具备良好的可视化界面操作，简化了吸收剂量校准因子的计算流程，避免了人工反复查表导致出错的可能，大大提高了计算的效率和准确性。程序界面末端能显示计算过程以及校准中各参数的查询和插值结果，便于用户检查界面输入框中填入数据以及插值结果的准确性，同时也有助于新入职的物理师理解和学习剂量仪与电离室的校准工作，对硬件要求低。