医用电子束是现代放射治疗技术的重要组成部分,因其射程有限,辐射剂量在较浅范围内全部沉积,主要用于治疗浅表层或偏心肿瘤,可以有效保护肿瘤后方的组织和器官。水吸收剂量作为放射治疗的处方剂量,也是医用电子束放射治疗中剂量校准的关键物理量,目前多数放疗事故原因是治疗过程中水吸收剂量的传递错误所致。通过对医用电子束水吸收剂量绝对测量及量值传递方法研究,能够从根源上降低其不确定度,减少因剂量传递错误导致的放疗事故,提高电子束放射治疗效果。论文主要研究内容和成果如下:针对医用电子束水吸收剂量校准不确定度大的问题,采用水量热法将电子束在水中剂量沉积产生的0.5 m K温升的测量不确定度降低至0.15%,并对水吸收剂量绝对测量中各影响量进行研究,建立水吸收剂量绝对测量模型,将电子束水吸收剂量的绝对测量不确定度降低至0.35%,低于0.4%的国际现行绝对测量标准;通过分析临床电子束水吸收剂量校准方法,给出不确定度低至1.05%的水吸收剂量量值传递方法,满足了临床电子束水吸收剂量校准不确定度2%以内的要求。针对医用电子束辐射温升小测量精度要求高的问题,设计并搭建了由灵敏度约4.6%/K的热敏探针、温漂低至1.6μK/s的准绝热水箱和分辨率优于10 n V的交流电桥组成的电子束水量热计。在辐射温升分布的测量中发现:能量超过12 Me V的电子束最大剂量值后剂量梯度相对较小,更适合水量热计直接测量水吸收剂量。交流电桥的测试结果表明:激励电压为0.5 V,频率为19.5 Hz,电阻精度达到0.01%时,测量系统噪声最小,锁相放大器量程为20μV时辐射温升的测量不确定度可达0.15%。针对医用电子束水吸收剂量绝对测量中各影响量的扰动问题,通过设置对流屏障、电磁搅拌和水温为4℃中运行时,有效消除了热对流的影响;采用COMSOL构建了准绝热水箱的温度场,计算了量热芯玻璃容器和剂量分布产生的热传导的修正;引入量热芯玻璃容器,并制备了有机物含量低至2.5×10–7 mol/L的超纯水,再充入H2抑制辐射化学反应的产额和实验前预辐射的方式,将热敏探针周围水的辐射化学反应的影响降低至0.15%;根据水密度变化和电子束深度剂量分布计算了水密度变化的修正;采用PTW 31015电离室测量了玻璃容器对辐射场的扰动,并计算了其修正值;通过舍弃辐射结束后20 s的信号,消除了热敏探针时间响应的影响;建立了医用电子束水吸收剂量绝对测量模型。完成了10 Me V、12 Me V、15 Me V、18 Me V、20 Me V和22 Me V电子束水吸收剂量绝对测量和不确定度评定。根据电子束水吸收剂量绝对测量模型,分析了各个影响量的不确定度分量,根据方差合成定理计算出电子束水吸收剂量合成标准不确定度分别为0.34%、0.32%、0.32%、0.36%、0.33%和0.32%。提出了在R50为7.5 cm的射线束中给出电离室水吸收剂量校准因子的量值传递方法,并利用电子束能量转换因子,将平板形电离室校准临床电子束的不确定度由2.1%降低至1.05%。开展了5种共9支电离室射线质转换因子的测量,并给出临床电子束水吸收剂量校准建议。结果表明,电离室射线质转换因子以及拆分后的光电转换因子和能量转换因子,均可作为常数。
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