医用加速器三维剂量场扫描系统的研制及应用

三维水箱也称作辐射野分析仪,是对医用电子直线加速器(或60Co治疗机)输出的射线三维剂量分布进行测量和分析的大型仪器。是加速器厂商在生产过程中,对加速器各项参数进行调试的必须工具;也是治疗计划系统(TPS)所需参数的测量工具。不管是加速器的生产,还是临床的放射治疗过程,都需要该系统测量的数据。因此,三维水箱在保证放射治疗质量中起着非常重要的作用。

另外依据JJG589-2001《外照射治疗辐射源检定规程》要求,外照射辐射源的首次检定、后续鉴定和使用中检验都需要用电离室剂量计和射束分析仪(即三维水箱)。外照射治疗辐射源包括10~100 kV和60~300 kV X射线治疗机,2~50 MV医用电子线加速器(X射线治

疗机或者加速器,以管电压或加速电压来表示能量大小),以及60Co治疗机。

图1显示的是6 MV光子在水中的百分深度剂量分布(PDD)。

射线能量不同,其在水中剂量分布的峰值点位置也不同。下表列举了几种常用能量的剂量峰值点。

随着射野大小的不同,峰值点不变,但百分深度剂量分布是不同的。TPS就是用到了各种不同射野下的剂量分布。从2 cm×2 cm到40 cm×40 cm的射野,都需要实测数据。因此一种快速准确的三维射束分析系统是必不可少的。

1　系统构成

三维水箱由有机玻璃箱体、扫描支架、探测器、控制器、剂量仪、计算机、软件几部分组成。系统的原理框图如图2。主探测器在水中进行XYZ三维运动,就可以测量出三维剂量分布。测量示意图如图3所示。

1·1　探测器

1.1.1电离室

用于X线探测的是0.125 cc防水指形电离室,该类型的电离室是记录大量辐射粒子平均效应的电流电离室,即通过收集测量电离室电离电荷(或电流),可准确得到辐射量的大小和强度。参数如下:

体积:0.15 cm3;高压:-300 V;灵敏度:5μC/Gy;漏电流:<±5 fA;测量重复性:<0.5%;剂量线性:<0.5%。

1.1.2半导体

用于电子线测量的是半导体探测器,它可以直接用于电子线剂量分布的测量,而不需要进行修正。半导体探测器的具体参数如表2所示:

1·2　剂量仪

将电离室和半导体过来的2个通道弱电流信号,经过信号放大、滤波、积分等处理,将电流信号转化成电压信号,送至AD变换器,最后输出数字信号。经过RS232传送至上位机的软件系统。其中半导体通道的电路原理图如图4。

将电离室和半导体全部接上剂量仪,经测试得到的剂量仪的参数如下:

剂量线性:<±0.5%(被测辐射源的剂量率>20 cGy/min);

剂量重复性:<±0.5%(被测辐射源的剂量率>20 cGy/min);