胶片具有其他剂量探测设备无法达到的空间分辨率。基于该优点胶片广泛应用于放疗质量控制(quality assurance, QA)。以往关于胶片QA研究集中在光子^[1-2]、电子^[3-4]和质子^[5-7]，胶片对碳离子响应受传能线密度影响相对复杂，主要以Gafchromic^® EBT3胶片(Ashland公司，美国)为代表的免洗胶片和EDR2胶片(Carestream公司，美国)为代表的卤化银胶片的研究为主。Martišíková等^[8-9]提出基于EBT胶片对⁶⁰Co响应归一到该胶片对碳离子响应获得相对效率。接着Martišíková和Jäkel^[10]使用该方法矫正1例患者计划的胶片测量结果，与计划剂量分布符合较好。此后关于EBT3胶片对碳离子响应研究多借助相对效率概念进行^[11-12]，而相对效率受碳离子传能线密度和剂量双重影响，需更进一步研究。Spielberger等^[13-14]使用基于X-Omat V(Carestream公司，美国)对光子响应经验模型来预测该胶片对于不同传能线密度碳离子响应，患者计划测量结果与基于胶片预测结果符合较好。EDR2胶片与X-Omat V胶片同属卤化银胶片，但Moyers^[15]针对该胶片的碳离子测量结果较少，无法充分证明两种卤化银胶片对碳离子响应类似。本研究将深入探讨EBT3胶片和EDR2胶片对不同传能线密度和剂量碳离子的响应。

1.单张照射法：将胶片放置在固体水(RW3)相同测量深度，单次照射仅曝光单张胶片，多张胶片接受不同剂量同传能线密度碳离子照射实现该传能线密度下胶片校准。通过调整碳离子初始能量和测量深度等参数实现不同传能线密度胶片校准，测量深度定义为固体水垂直于束流前表面到胶片前表面之间固体水物理厚度。将EBT3胶片(Lot #A02061302)裁成5 cm×5 cm方块，在每块胶片一角做标记保证照射和扫描方向一致性。将单块胶片按照表 1中具体照射设置进行曝光，设置名称由离子类型，初始能量和测量深度组成。用相同大小(6 cm×6 cm)但剂量不同校准野分别曝光6块胶片，束流在胶片测量深度产生剂量50~700 cGy(部分校准野物理剂量 > 700 cGy，但结果仅显示≤700 cGy数据，下同)。胶片测量深度传能线密度由固体水相对阻止本领(1.042)换算得到。由于EDR2胶片(Lot #204015)有密封袋无法在照射前裁剪，因此在单张胶片上一次曝光9个不同剂量校准野(5 cm×5 cm)，选择其中6个野用于校准。为了保证相邻校准野间无剂量影响，两个子校准野边缘之间距离设置为3 cm，3.5倍于表 1中碳离子束流半高宽最大值/2.355(1σ)。每个校准野剂量使用与Unidos^webline(T10021，德国PTW)相连的Markus电离室(TM34045，德国PTW)探测器测量，Markus电离室探测器紧贴胶片后方。在测量之前Markus电离室探测器测量与经过校准的Farmer电离室(TM30013，德国PTW)探测器进行了交叉校准。

表 1(Table 1)

表 1 单张照射法中胶片不同照射设置参数 Table 1 Parameters used for dose calibration in single film method 照射设置a 碳离子初始能量(MeV/u) 半高宽(mm) 束斑最小距离(mm) 测量深度(cm) 传能线密度(MeV/cm) 胶片 C-97-1 97.87 9.2 1.00 1 343.972 EDR2 C-285-2 285.35 4.0 1.00 2 132.307 EBT3 C-285-5 285.35 4.0 1.00 5 136.291 EBT3，EDR2 C-424-5 424.89 3.4 0.75 5 103.190 EBT3，EDR2 C-MOD-6b 162.56~205.01 6.0 1.50 6 794.262c EBT3 注：a由离子类型+初始能量+测量深度简写成；bMOD表示用扩展布拉格峰制定校准野，最大射程83 mm；c 测量深度最大传能线密度

表 1 单张照射法中胶片不同照射设置参数 Table 1 Parameters used for dose calibration in single film method

2.多张照射法：将多张胶片放置在固体水不同测量深度，一次曝光可同时实现多组传能线密度碳离子胶片校准。将5整块未裁剪EBT3胶片或EDR2胶片分别放置在固体水2、5、10、13和14 cm测量深度，其对应传能线密度分别为132.307、136.291、155.503、202.565和247.037 MeV/cm，单能碳离子束流参数与单张照射法中C-285-2一致，校准野分布与单张照射法中EDR2胶片类似。不同深度校准野剂量获得方法：首先利用Markus电离室探测器测量2 cm深度校准野物理剂量，然后通过Syngo治疗计划系统(VC11B，德国西门子公司)模拟照射计划获得固体水内该照射计划产生的百分比深度剂量；最后利用2 cm深度物理剂量归一获得剩下4个测量深度同射野物理剂量。通过带有PinPoint电离室探测器(TM31015，德国PTW)水箱(Scanlift，德国PTW)测量确认该种方法获得绝对剂量偏差为(1.10±1.15)%。

3.胶片处理与分析：照射完成后，EDR2胶片在20 min内利用洗片机(Dosimetry Pro, Carestream公司，美国)完成冲洗。EBT3胶片完成照射后先放置在干燥箱中，24 h后EBT3和EDR2胶片一起都利用胶片扫描仪(Perfection V700，日本精工爱普生公司)进行扫描。扫描的分辨率为72 DPI，扫描后文件储存为48位tiff文件。胶片净光密度为胶片曝光后光密度减去曝光前光密度^[16]，使用胶片处理软件(版本：4.0.5382.35696，FilmQA^TM Pro，Ashland公司, 美国)获得。本研究仅用胶片扫描后红光通道数据进行校准，每个校准野只取中心区域(约1.4 cm×1.4 cm)，平均净光密度代表该区域净光密度。每条校准曲线包含6个测量或计算得到的剂量和这些剂量在对应胶片上产生的净光密度值以及未接受任何照射的本底，余值利用以上数据采用Matlab(R2014a，美国MathWorks)“curve fitting”工具进行拟合。拟合结果显示所有拟合R²=1。EDR2胶片校准曲线由净光密度与剂量经线性拟合得到，所有拟合R²最小值为0.999。胶片灵敏度为胶片净光密度对于剂量的微分，胶片响应差异(%)为净光密度标准差与平均净光密度的百分比。

1.单张照射法测量结果：不同照射设置下EBT3胶片校准曲线见图 1。曲线名称用照射设置名称命名。校准曲线在低剂量区差异(50 cGy差异为±17.0%)大于在高剂量区差异(700 cGy差异为±7.0%)，低剂量区为剂量 < 200 cGy，高剂量区为剂量 > 400 cGy。EDR2胶片校准曲线见图 1，3条校准曲线差异为± 27.4%。

图 1 采用单张照射法获得的胶片校准曲线A. EBT3胶片；B. EDR2胶片 Figure 1 Film dose calibration curves determined from single film method A. EBT3 film; B. EDR2 film

2.多张照射法测量结果：EBT3胶片校准曲线见图 2。每条曲线用该胶片所处测量深度命名，不同传能线密度间EBT3胶片响应存在明显差异。不同测量深度其胶片灵敏度与剂量关系见图 2。灵敏度同时受到传能线密度和剂量影响：在低剂量区受传能线密度影响较大，而在高剂量区差异逐渐变小。当不同深度胶片均接受100 cGy碳离子照射时，EBT3胶片产生的净光密度从0.09到0.07(背景光密度约为0.25)，最小信躁比为-5.5 dB。EDR2胶片校准曲线见图 3，校准曲线斜率与传能线密度呈反相关。不同测量深度EDR2胶片敏感度与剂量关系见图 3，结果显示EDR2胶片灵敏度在测量范围内与剂量无关。当不同测量深度胶片均接受100 cGy碳离子照射时，EDR2胶片净光密度从0.11到0.07(背景光密度约为0.15)，最小信躁比为-3.3 dB。

图 2 利用多张照射法获得的EBT3胶片校准曲线A.校准曲线；B.校准曲线的对应灵敏度曲线 Figure 2 EBT3 film dose response curves from multi-film method A. Calibration curves; B. Sensitivity curves to the calibration curves

图 3 利用多张照射法获得的EDR2胶片校准曲线A.校准曲线；B.校准曲线的对应灵敏度曲线 Figure 3 EBT3 film dose response curves from multi-film method A. Calibration curves; B. Sensitivity curves to calibration curves

3.不同传能线密度测量结果：两种胶片均接受200 cGy剂量照射时，传能线密度与净光密度关系见图 4，EDR2胶片净光密度下降速度快于EBT3胶片(以103.190 MeV/cm为基准，EDR2胶片响应下降49.7%，而EBT3胶片只下降24.6%)。EBT3胶片分别接受100、200和300 cGy剂量照射时，随着传能线密度升高EBT3胶片响应分别降低28.4%、24.6%和22.9%(图 4)。剂量越高胶片对传能线密度依赖性越低，与图 2一致(数据点间仅用平滑曲线连接，未作拟合)。

图 4 两种胶片对剂量和传能线密度依赖性分析A.两种胶片均接受200 cGy照射时，传能线密度和净光密度的关系；B. EBT3胶片接受不同剂量碳离子照射时，传能线密度与净光密度相对值的关系 Figure 4 LET and dose dependence of both films A. Relation curves of LET versus net optical density (netOD) when both films received 200 cGy irradiation; B. Relation curves of LET versus relative netOD when EBT3 films received different doses

Castriconi等^[12]研究表明，EBT3胶片对不同传能线密度碳离子响应以该胶片对同剂量光子响应为基准评估时最大可低估30%响应。本研究虽未采用光子响应为基准，但由Martišíková^[8-9]和Castriconi等^[11]相对效率研究可知光子在接受100 cGy照射时其光密度响应约为碳离子1.16倍，进而推断出在100 cGy时该胶片最大可低估24.5%剂量，与Castriconi等^[11-12]结论一致。以光子作为基准的研究方法是将传能线密度依赖性与剂量依赖性两者结合研究，简化了研究步骤。但与以上研究相比，量化胶片测量深度传能线密度有利于明确传能线密度和剂量分别对EBT3胶片响应的影响。

Spielberger等^{[13-14, 17]}利用X-Omat V进行了患者放疗计划的面剂量验证，其获得的X-Omat V校准曲线均呈双曲线型，但本研究获得的EDR2胶片校准曲线和X-Omat V胶片明显不同，EDR2胶片校准曲线在类似剂量区域(0~700 cGy)不存在剂量依赖性，呈直线，其直线斜率只与传能线密度有关。这意味着如果照射到胶片的碳离子是单能，那么在EDR2胶片上产生的净光密度分布无需校准直接可作为相对剂量分布处理；而当EDR2受到不同传能线密度照射时，其响应变化则要显著大于EBT3胶片，校准不确定度较大。综上所述，EDR2胶片较适合应用于单能碳离子测量。

EBT3胶片信噪比要低于EDR2胶片，这也意味着使用EBT3胶片测量低剂量比使用EDR2更困难。由于常规分割剂量碳离子束流通常物理剂量较低(< 100 cGy)，而EBT3胶片在低剂量区对传能线密度依赖性更大，因此应用EBT3胶片进行碳离子面剂量QA需要更多研究。

EBT3胶片拟合曲线仅有3个参数，只需要来自相同传能线密度照射后的3个净光密度值和对应物理剂量值就可以获得同批次胶片该传能线密度的剂量校准曲线。EDR2胶片类似，只需要来自相同传能线密度2个净光密度值和对应物理剂量值就可以获得同批次胶片该传能线密度剂量校准曲线。因此，可以根据该特性减少校准射野数量，从而更快捷地进行胶片剂量校准。