1、输出剂量测量时温度气压湿度变化规律的研究 秦伟 柏正璐 时飞跃 南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院)肿瘤放疗中心 南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院)医疗设备处 摘 要： 目的 对加速器周检输出剂量测量时记录的温度、气压、湿度等数据进行回顾分析, 研究数据的变化规律。方法 选取 2013 年 2015 年周检对瓦里安 Clinac i X 加速器输出剂量测量时记录的 148 组数据, 进行回顾研究。对不同年度及不同季节的温度、气压、湿度和空气密度 (AD) 数据进行统计分析。结果 2013年 2015 年, 温度、气压、湿度和 AD 的平均值分别为 21.8, 1017 h Pa,
2、 46%RH 和 1.002。不同年度的相同时期, 各类数据总体上变化不大。同一年度, 气压值的变化呈 V 形, 湿度和 AD 值的变化呈倒 V 型。同一年度的不同季节, 温度平均值变化不大;气压平均值, 夏季最低, 冬季最高;湿度平均值和 AD 平均值, 夏季最高, 冬季最低。结论 气压、湿度和 AD 值, 与季节的变化相关。物理师应充分认识温度、气压和湿度的变化规律, 准确记录相关数据, 从而获取准确的输出剂量值。关键词： 温度; 气压; 湿度; 空气密度; 剂量; 季节; 作者简介：时飞跃, 博士, 主要研究方向为肿瘤放射物理。邮箱:收稿日期：2016-12-21Study on Var
3、iation Laws of Temperature, Atmospheric Pressure and Humidity when Measuring Output DoseQIN Wei BAI Zhenglu SHI Feiyue Radiation Therapy Center, Nanjing First Hospital, Nanjing Medical University; Department of Medical Equipment, Nanjing First Hospital, Nanjing Medical University; Abstract： Objectiv
4、e To retrospectively investigate the variation laws of temperature, atmospheric pressure and humidity when measuring the output dose of linac in weekly QA-tests. Methods A total of 148 sets of data recorded in weekly quality assurance (QA) -tests outputted from the Varian Clinac i X linac from 2013
5、to 2015 were selected for retrospective analysis. Statistical analysis was applied to compare the data of temperature, atmospheric pressure, humidity and air density (AD) in different years and seasons. Results The mean values of the 4 parameters from 2013 to 2015 were 21.8, 1017 h Pa, 46% RH and 1.
6、002, respectively. There were no significant changes of these parameters in the same period of different years. In the same year, values of atmospheric pressure were V-shaped, while values of both humidity and AD were inverted V-shaped. In different seasons of the same year, mean values of temperatu
7、re varied a little; mean values of atmospheric pressure were lowest in summer and highest in winter; mean values of both humidity and AD were highest in summer and lowest in winter. Conclusion Values of atmospheric pressure, humidity and AD have relationship with seasonal variation. Medical physicis
8、ts should fully understand the variation laws of temperature, atmospheric pressure and humidity, record these parameters accurately, to obtain correct dose values.Keyword： temperature; atmospheric pressure; humidity; air density; dose; season; Received： 2016-12-21引言现代放射治疗的质量保证 (Quality Assurance, QA
9、) 和质量控制 (Quality Control, QC) 项目较多, 其中医用直线加速器输出剂量的长期稳定性与准确性监测是所有质控工作的基础之一, 对于放疗的疗效和安全起着至关重要的作用1。在我国, 由于各种客观条件的限制, 各放疗单位对于医用直线加速器输出剂量的长期稳定性与准确性监测的方法、频率、标准等不尽一致。使用剂量仪、电离室和小水箱 (或固体水) , 可做到每周测量一次, 使用晨检仪可做到每日测量一次2-5。影响医用电子直线加速器输出剂量的因素有很多, 研究表明温度和气压对医用直线加速器输出剂量影响较大6-7。日常对加速器输出剂量进行测量时, 需要记录温度和气压值, 从而对输出剂量数
10、据进行校正。本工作对加速器周检输出剂量测量时温度、气压和湿度的变化规律进行了回顾分析, 研究这些参数的变化规律, 从而获取准确的输出剂量值。1 材料与方法1.1 材料仪器设备:IBA DOSE 1 剂量仪;FC65-G 电离室;SP34 固体水;普通玻璃液体温度计;YM3 型空盒气压表;GJWS2080A 型温湿度表;瓦里安 Clinac i X 医用电子直线加速器。剂量仪、电离室、温度计和气压表每年送到江苏省计量科学研究院作检定和校准。1.2 方法每周周检输出剂量测量前, 将温度计插入固体水的适配孔道里, 待温度稳定后读取温度值;使用 YM3 型气压表在固体水旁边读取气压值。DOSE 1 剂
11、量仪充分预热后, 输入温度和气压值后, 会自动显示空气密度 (Air density, AD) 值, 该值代表修正因子 KTP。其中 P0=1013 h Pa, T0=20, 是标准温度和标准气压值7。对 2013、2014和 2015 年 3 年中的周检数据的温度、气压、湿度和 AD 值进行统计分析, 并对不同年度和不同季节的数据进行比较分析。本研究中, 根据本地区 (江苏南京) 的气候情况, 采用以月份划分四季的方法, 将季节划分如下:3、4、5 月份为春季, 6、7、8 月份为夏季, 9、10、11 月份为秋季, 12、1、2 月份为冬季8。2 结果2013 年 1 月初2015 年 1
12、2 月底, 共进行周检 148 次, 其中 2013 年 47 次, 2014年 50 次, 2015 年 51 次。测量时温度、气压、湿度均使用上述仪器和方法检测, 并记录下 AD 值。20132015 年温度、气压、湿度及 AD 值的变化趋势, 见图 1。春夏秋冬 4 个季节的温度、气压、湿度及 AD 的统计平均值, 见表 1。3 年中温度、气压、湿度和 AD 的所有数据的平均值分别为 21.8, 1.017 h Pa, 46%RH和 1.002。表 1 20132015 年春夏秋冬 4 个季节温度、气压、湿度和 AD 的平均值 下载原表 3 讨论大多数非密封型电离室的响应受空气温度、压力
13、和相对湿度的影响。空气的密度取决于温度和压力, 电离室气腔中空气的密度和质量随温度降低或压力的增高而增大, 反之亦然。每单位空气质量所收集到的电离电荷, 即电离室读数也将随温度降低或压力增高而增大, 现场使用时, 必须给予校正9-10。有研究表明, 不仅空气电离室的响应受到温度的影响, 液体电离室的影响也受到温度的影响11。图 1 2013-2015 年加速器输出剂量测量时各参数的长期变化趋势 下载原图注:a.加速器输出剂量测量时温度的长期变化趋势;b.加速器输出剂量测量时气压的长期变化趋势;c.加速器输出剂量测量时湿度的长期变化趋势;d.加速器输出剂量测量时 AD 值的长期变化趋势。由图 1
14、a 及表 1 可见, 3 年中温度值在 21.8上下浮动, 变化趋势没有明显的规律。除 2013 年春季温度值偏大外, 其余 11 个季节的平均值相差较小。这是因为加速器机房内的温度主要靠空调调控, 与季节变化和天气状况的关系较小。2013 年春季温度较大, 是因为这段期间过于考虑患者对温度的要求, 人为调节机房温度所致。由图 1a 及表 1 可见, 同一年里, 气压值的变化呈 V 形;每年的 1 月7 月中下旬, 气压值呈下降趋势, 8 月至次年 1 月, 气压值呈上升趋势。总体来说, 冬天干燥寒冷, 空气密度大, 水汽含量小, 因此冬天气压高, 夏天气压低12。以2014 年为例, 夏季气
15、压平均值最小 (1006 h Pa) , 冬季最大 (1027 h Pa) , 说明气压值受季节影响较明显。气压最低点出现在第 74 次 (2014-07-24, 997 h Pa) , 当天南京天气为大雨。说明天气对气压值也有影响, 一般晴天气压高, 阴雨天气压低。电离室工作环境中空气相对湿度的影响一般较小, 如电离室校准时相对湿度为50%, 现场测量时相对湿度在 20%70%范围内, 不需要对电离室的灵敏度作相对湿度的校正10。由图 1c 和表 1 可见, 同一年里, 湿度的变化呈倒 V 型;不同季节比较, 夏季湿度高, 冬季湿度低, 春秋两季湿度相近。为了控制加速器治疗机房的湿度, 一般
16、在机房里会配置有除湿机, 使夏季机房湿度不至于过高。所以机房湿度主要受到季节变化的影响, 部分受到人为控制的影响。由图 1b 及表 1 可见, 同一年里, AD 的值的变化呈倒 V 型。AD 值, 即 KTP值, 与温度和气压有关。由公式可知, AD 值与气压测量值成反比, 在机房温度保持相对恒定的条件下, AD 值与气压值呈相反的变化趋势。由公式可见, 温度增加1, AD 值大约增加 0.34%;气压值降低 10 h Pa, AD 值大约增加 1%。为了确保医用电子直线加速器输出剂量的稳定性, 需要定期对加速器进行输出剂量的测量, 根据测量结果进行必要的校正。在输出剂量测量时, 要按实测温度
17、和气压值对数据进行校正。暂未配备气压计的单位 (或在气压计年检时) 在使用市气象局地面站提供的气压值时, 必须作气压海拔高度修正6。在本研究中, 因为每年夏季 7 月份左右将气压计随剂量仪、电离室和温度计一起送计量院年检, 所以夏季的温度、气压、湿度和 AD 值的个数, 比其它季节的数据个数略少。本工作的研究结果, 为物理师进行加速器输出剂量的测量工作提供了一些有益的参考。需要注意的是, 这些数据是在南京地区测量得到的, 对全国的其它地区并不完全适用。南京位于长三角地区, 春夏秋冬四季分明。在中国有 5 种季节划分的方法, 本文为了数据比较方便, 仅采用了其中一种 (以月份划分四季) 8。采用
18、气候四季划分, 长三角地区的四季长度, 夏季最长, 冬季次之, 春秋相接近, 且秋季略短13。我国幅员辽阔, 地形地貌复杂, 东部沿海、东北地区、云贵高原和青藏高原等地区, 气候不同, 季节划分也各有其特点8,13-16。此外, 在气候增暖背景下中国大部分地区冬季持续时间明显缩短, 春、夏季的起始时间呈现提前的趋势, 而秋、冬季则呈现推后的趋势17-19。物理师应了解所在地区的气候及变化特点, 可对所在地区剂量测量时的数据进行分析总结, 得到所在地区温度、气压和湿度等参数的变化规律及统计数据。参考文献1刘卓伦, 张艺宝, 岳海振, 等.医用直线加速器中心轴绝对剂量输出长期稳定性对比分析J.中国
19、医学物理学杂志, 2016, 33 (1) :1-5. 2姜瑞瑶, 熊霏, 黄国锋, 等.医用直线加速器输出剂量稳定性分析J.中国医学物理学杂志, 2011, 28 (5) :2854-2857. 3林强, 时飞跃, 蒋红兵, 等.VARIAN IX 加速器电离室故障维修及对剂量影响的分析J.中国医疗设备, 2016, 31 (8) :155-157. 4胡俏俏, 张艺宝, 刘卓伦, 等.四种常见加速器晨检仪的性能比较J.中华放射医学与防护杂志, 2015, 35 (7) :532-535. 5Binny D, Lancaster CM, Kairn T, et al.Monitoring d
20、aily QA 3constancy for routine quality assurance on linear acceleratorsJ.Phys Med, 2016, 32 (11) :1479-1487. 6钟宇行, 何健浩, 张展洪, 等.气压对医用直线加速器剂量标定的影响J.医疗装备, 2014, 27 (12) :29-30. 7蒋社伟, 王艳霞.气温和气压对医用直线加速器输出剂量刻度的影响J.医疗卫生装备, 2016, 37 (8) :109-111. 8范思睿, 范广洲, 董一平, 等.青藏高原四季划分方法探讨J.高原山地气象研究, 2011, 31 (2) :1-11.
21、 9张绍刚.放射治疗中常规剂量的测算 (之一) 吸收剂量的测量和加速器的刻度J.医疗装备, 2009, 22 (4) :1-10. 10凃彧.放射治疗物理学M.北京:原子能出版社, 2010:178-179. 11Gomez F, Gonzalez-Castano D, Diaz-Botana P, et al.Study of the PTW micro Lion chamber temperature dependenceJ.Phys Med Biol, 2014, 59 (11) :2705-2712. 12田广志, 姚久民, 王殿军.大气压强随湿度温度变化的解释商榷J.教学与管理 (中
22、学版) , 2007, (7) :54-55. 13吴昊旻, 黄安宁, 黄旋旋.近 50 年长三角地区季节的气候变化特征J.中国农业气象, 2012, 33 (3) :317-324. 14郁珍艳, 吴利红, 高大伟, 等.浙江省四季划分方法探讨J.气象科技, 2014, 42 (3) :474-480. 15刘玉莲.1961-2010 年黑龙江省气候季节时空分布及其变化特征J.气象与环境学报, 2015, 31 (2) :89-96. 16张东海, 白慧, 周文钰, 等.气候季节划分标准在贵州地区的适用性分析J.高原山地气象研究, 2014, 34 (4) :77-82. 17刘海涛, 杨洁, 叶彩华.全球变暖下 1951-2014 年北京地区的季节变化J.中国农学通报, 2016, 32 (27) :141-148. 18张世轩, 张璐, 孙树鹏, 等.全球变暖情况下中国季节的变化J.高原气象, 2011, 30 (3) :659-667. 19孙树鹏, 张璐, 侯威, 等.基于非线性相似度量方法研究中国季节划分J.物理学报, 2011, 60 (2) :029201-0292017.
