2021年新建國家計量基準(zhǔn)之二：

水量熱計加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置

編者按： 

計量基準(zhǔn)是國家量值的最高依據(jù)，也是保障全國量值準(zhǔn)確可靠的源頭。黨中央、國務(wù)院高度重視計量體系和計量能力建設(shè)，將計量基準(zhǔn)等作為國家重要戰(zhàn)略資源。2021年，市場監(jiān)管總局依照《計量法》有關(guān)規(guī)定，新批準(zhǔn)建立5項國家計量基準(zhǔn)，填補了我國相關(guān)領(lǐng)域最高測量能力空白，對推動科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、保障改善民生具有重要意義。市場監(jiān)管總局組織有關(guān)單位和專家撰寫了科普宣傳圖文，使社會各界更好明白計量、理解計量、支持計量、用好計量。 

水量熱計加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置 

近日，市場監(jiān)管總局批準(zhǔn)啟用水量熱計加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置（國基證〔2021〕第153號），其測量范圍和測量不確定度達到國際先進水平，填補了我國醫(yī)用高能光子水吸收劑量量值復(fù)現(xiàn)與傳遞能力的空白，為癌癥放射治療水吸收劑量的準(zhǔn)確獲取和利用提供技術(shù)支撐，保障了患者的生命安全。 

癌癥是影響人民健康的“頭號殺手”。國際癌癥研究機構(gòu)（IARC）發(fā)布的《2020全球癌癥報告》顯示，我國2020年新發(fā)癌癥病例457萬，即每分鐘8人被診斷為癌癥，約有300萬人因癌癥死亡，癌癥已嚴重威脅我國以及世界各國人民的生命健康。放射治療可有效控制惡性腫瘤，約70%的癌癥患者需要放射治療，45%的惡性腫瘤可治愈，放射治療已成為癌癥治療的核心手段。 

放療劑量量值的準(zhǔn)確直接關(guān)系患者的治療效果和生命安全，劑量高人受傷，劑量低易復(fù)發(fā)。據(jù)統(tǒng)計，美國2001年至2008年發(fā)生的放療事故中，有41%是由于使用錯誤的劑量導(dǎo)致的。放療過程要求患者所受劑量的誤差（不確定度）在5%以內(nèi)，而臨床劑量校準(zhǔn)不確定度小于2%才能滿足放療劑量窗口要求。目前，90%放射治療由醫(yī)用電子直線加速器完成，加速器劑量測量和計量校準(zhǔn)至關(guān)重要，而基準(zhǔn)是計量校準(zhǔn)的量值源頭。長期以來，我國臨床加速器劑量一直溯源到鈷源參考輻射場，校準(zhǔn)不確定度較大。隨著國際先進放療設(shè)備在中國迅速同步發(fā)展，亟待建立加速器劑量量值的直接溯源裝置以及基于加速器參考輻射的量值傳遞體系。 

圖1 放射治療質(zhì)量保證和質(zhì)量控制體系 

對于計量研究來說，加速器是參考輻射源，計量工作的核心和關(guān)鍵在于其輻射量值的測量。因為人體70%是水，所以放療的處方劑量是水吸收劑量，即單位質(zhì)量的水吸收的能量，通俗地說我們測量的是射線照射水以后傳遞給水的劑量（能量），這等效于放射治療時射線傳遞給人體組織的劑量（能量）。確定水吸收劑量最直接方法是直接測量被輻照材料溫度升幅的量熱法，即射線傳遞給人體組織的劑量。2013年，中國計量科學(xué)研究院開展了水吸收劑量絕對測量方法研究，自主研制了水量熱計加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置，實現(xiàn)我國加速器光子水吸收劑量量值的直接溯源。該基準(zhǔn)裝置通過水浴與半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)二級控溫，實現(xiàn)水模體（4±0.0001）℃的溫度平衡，采用圓柱形密封式玻璃量熱芯和10kΩ珠形熱敏探針，在H2飽和高純水體系中，利用惠斯通交流電橋測量熱敏探針電阻變化，逐次校準(zhǔn)熱敏探針和交流電橋，實現(xiàn)醫(yī)用加速器10MV光子水平照射條件下的水吸收劑量的絕對測量，光子劑量測量重復(fù)性0.05%，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.35%，達到了世界先進水平。通過二級恒溫系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，克服實驗室溫度周期變化難題，在±2℃的溫度變化周期中，實現(xiàn)水模體中0.1μK的溫漂控制，為基準(zhǔn)裝置0.5mK/min的輻射溫升測量能力提供了決定性條件。 

圖2 水量熱計加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置 

利用水量熱計加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置建立的醫(yī)用加速器實驗室條件和放療劑量學(xué)測量能力，在放療領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)水吸收劑量的量值傳遞，填補我國在該項計量能力的空白，醫(yī)用輻射源劑量測量不確定度由5%降低至3%，實現(xiàn)了我國放療量值體系與國際量值體系的同步和一致。結(jié)合透射測量和點劑量測量設(shè)計，研制劑量傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置，通過劑量跟隨技術(shù)，將加速器參考輻射場的1%/天的劑量穩(wěn)定性影響，降低至0.1%/天，成功建立基于加速器參考輻射的量值傳遞體系，降低臨床醫(yī)用輻射源的劑量測量不確定度。 

水量熱計加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置實現(xiàn)了臨床水吸收劑量量值的復(fù)現(xiàn)和傳遞，通過國際比對使得我國放療劑量量值與國際等效，加入國際原子能機構(gòu)（IAEA）次級標(biāo)準(zhǔn)實驗室網(wǎng)絡(luò)，確保我國醫(yī)用加速器放療劑量與國際放療劑量的一致和等效，成為亞洲第二個加入該實驗室網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)實驗室，使得我國的放療劑量驗證體系與國際接軌。同時，該裝置有助于提升我國放射治療的質(zhì)控能力和水平，推動醫(yī)學(xué)物理學(xué)發(fā)展，支持國產(chǎn)醫(yī)療器械的研發(fā)和技術(shù)能力提升，助力“健康中國”戰(zhàn)略實施。