2021年新建國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)之二：

水量熱計(jì)加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置

編者按： 

計(jì)量基準(zhǔn)是國(guó)家量值的最高依據(jù)，也是保障全國(guó)量值準(zhǔn)確可靠的源頭。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視計(jì)量體系和計(jì)量能力建設(shè)，將計(jì)量基準(zhǔn)等作為國(guó)家重要戰(zhàn)略資源。2021年，市場(chǎng)監(jiān)管總局依照《計(jì)量法》有關(guān)規(guī)定，新批準(zhǔn)建立5項(xiàng)國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)，填補(bǔ)了我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域最高測(cè)量能力空白，對(duì)推動(dòng)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、保障改善民生具有重要意義。市場(chǎng)監(jiān)管總局組織有關(guān)單位和專(zhuān)家撰寫(xiě)了科普宣傳圖文，使社會(huì)各界更好明白計(jì)量、理解計(jì)量、支持計(jì)量、用好計(jì)量。 

水量熱計(jì)加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置 

近日，市場(chǎng)監(jiān)管總局批準(zhǔn)啟用水量熱計(jì)加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置（國(guó)基證〔2021〕第153號(hào)），其測(cè)量范圍和測(cè)量不確定度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了我國(guó)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(hào)殺手”。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）發(fā)布的《2020全球癌癥報(bào)告》顯示，我國(guó)2020年新發(fā)癌癥病例457萬(wàn)，即每分鐘8人被診斷為癌癥，約有300萬(wàn)人因癌癥死亡，癌癥已嚴(yán)重威脅我國(guó)以及世界各國(guó)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(jì)，美國(guó)2001年至2008年發(fā)生的放療事故中，有41%是由于使用錯(cuò)誤的劑量導(dǎo)致的。放療過(guò)程要求患者所受劑量的誤差（不確定度）在5%以?xún)?nèi)，而臨床劑量校準(zhǔn)不確定度小于2%才能滿(mǎn)足放療劑量窗口要求。目前，90%放射治療由醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器完成，加速器劑量測(cè)量和計(jì)量校準(zhǔn)至關(guān)重要，而基準(zhǔn)是計(jì)量校準(zhǔn)的量值源頭。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)臨床加速器劑量一直溯源到鈷源參考輻射場(chǎng)，校準(zhǔn)不確定度較大。隨著國(guó)際先進(jìn)放療設(shè)備在中國(guó)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(duì)于計(jì)量研究來(lái)說(shuō)，加速器是參考輻射源，計(jì)量工作的核心和關(guān)鍵在于其輻射量值的測(cè)量。因?yàn)槿梭w70%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(shuō)我們測(cè)量的是射線(xiàn)照射水以后傳遞給水的劑量（能量），這等效于放射治療時(shí)射線(xiàn)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(cè)量被輻照材料溫度升幅的量熱法，即射線(xiàn)傳遞給人體組織的劑量。2013年，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展了水吸收劑量絕對(duì)測(cè)量方法研究，自主研制了水量熱計(jì)加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置，實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(guò)水浴與半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)二級(jí)控溫，實(shí)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(cè)量熱敏探針電阻變化，逐次校準(zhǔn)熱敏探針和交流電橋，實(shí)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(duì)測(cè)量，光子劑量測(cè)量重復(fù)性0.05%，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.35%，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。通過(guò)二級(jí)恒溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，克服實(shí)驗(yàn)室溫度周期變化難題，在±2℃的溫度變化周期中，實(shí)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(cè)量能力提供了決定性條件。 

圖2 水量熱計(jì)加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置 

利用水量熱計(jì)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(shí)驗(yàn)室條件和放療劑量學(xué)測(cè)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(bǔ)我國(guó)在該項(xiàng)計(jì)量能力的空白，醫(yī)用輻射源劑量測(cè)量不確定度由5%降低至3%，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)放療量值體系與國(guó)際量值體系的同步和一致。結(jié)合透射測(cè)量和點(diǎn)劑量測(cè)量設(shè)計(jì)，研制劑量傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置，通過(guò)劑量跟隨技術(shù)，將加速器參考輻射場(chǎng)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(cè)量不確定度。 

水量熱計(jì)加速器光子水吸收劑量基準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)了臨床水吸收劑量量值的復(fù)現(xiàn)和傳遞，通過(guò)國(guó)際比對(duì)使得我國(guó)放療劑量量值與國(guó)際等效，加入國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)，確保我國(guó)醫(yī)用加速器放療劑量與國(guó)際放療劑量的一致和等效，成為亞洲第二個(gè)加入該實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，使得我國(guó)的放療劑量驗(yàn)證體系與國(guó)際接軌。同時(shí)，該裝置有助于提升我國(guó)放射治療的質(zhì)控能力和水平，推動(dòng)醫(yī)學(xué)物理學(xué)發(fā)展，支持國(guó)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(guó)”戰(zhàn)略實(shí)施。