英国初级标准实验室国家物理实验室(NPL)的研究人员研发了适用于测量超高剂量率剂量的质子量热计，并使用该量热计对FLASH质子束流进行剂量测定。目前已经在全球首个FLASH质子放疗临床试验(FAST-01)中使用。

国家物理实验室的研究人员与初级标准质子量热计合影

很难测定进行超高剂量率快速照射时的FLASH束流剂量。电离室是放射治疗时常用来测量电离辐射的检测器。FLASH束流同样会表现出离子复合效应，并具有较大的不确定性。因此，FLASH应用中需要使用电离室进行剂量校正，减少医师对已经递送多少放射剂量的判断能力的影响。

NPL医学辐射科学小组科学领域负责人Russell Thomas说：“NPL正试图向最终用户确保剂量标准化，无论是学生使用的尺子还是为患者提供的照射剂量。量热计是我们的主要标准，是测量吸收剂量最准确的检测器。量热计可测量被放射束流击中的介质中微开尔文级的温度变化，通常用于校准临床检测器。”

2003年，NPL开始与Clatterbridge Cancer Centre的物理师合作，以支持质子放射治疗剂量学的改进，共同研发了可用于质子束流剂量学的石墨量热计，校准传统质子束。随着长达20年的合作，不仅研发了便携式质子放射治疗初级标准量热计，而且开发了可以直接在设备使用的初级标准量热计，以帮助放射治疗剂量的标准化测量，如FLASH和其他离子治疗。

美国医学物理师协会正在努力解决超高剂量率治疗的剂量学问题，以期FLASH束流的剂量学标准化，包括用于评估的探测器，并推进FLASH质子放射治疗临床试验的开展。

2020年，NPL研究人员在辛辛那提儿童医院医院对FLASH质子束流进行了量热法测量。由医学物理师Anthony Mascia领导的辛辛那提小组在开始对骨转移患者进行临床试验之前，使用量热计量化质子束流释放的照射剂量。

左图为实验装置：①机架；②NPL初级标准质子量热计；③测量仪器；④真空泵；⑤电离室；右图：NPL初级标准质子量热计的束线照片

将NPL的初级标准质子量热计应用于FLASH质子，可避免不正确的放射剂量量化和会影响FLASH效应的临床结果的剂量测量误差。

NPL医学辐射科学小组的高级研究科学家Ana Lourenço和一组技师、医学物理师收集了质子治疗中心250 MeV FLASH质子束流上的测量值，还使用蒙特卡洛模拟获得了与束流相关的校正因子，并根据量热计测量值计算了临床相关的水当量吸收值。

NPL量热计测量FLASH质子束流在10 mK水平上的温度变化，绝对照射剂量的确定具有0.9%的不确定性(a 1 sigma，or 68%的置信水平)。

Lourenço说：“对于新设施或比较不同放射治疗科室之间的临床结果，需要提供相同的照射剂量。这些测量有助于巩固临床试验的结果。在这项研究中，我们能够以与传统放射治疗相同的水平进行剂量测定。这项工作为辛辛那提的团队提供了独立验证，证明他们提供的照射剂量是正确的，并让他们有信心开始临床试验。”

理想情况下，研究人员还会将NPL石墨量热计的测量结果与水量热计的测量结果进行比较，这将为正确执行剂量转换提供更多信心。

研究人员目前正在为传统质子束流剂量测定制定规范，还与包括AAPM和Varian在内的临床和临床前研究团体合作，为FLASH质子治疗制定剂量学推荐标准。