125I放射性粒子源水中吸收劑量的修正方法探討

滕婧靜，眭國(guó)平，高錚亞，陳建新，陸 遜，肖 瑤，孫 訓(xùn)

(上海計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院，上海 201203)

近距離放射治療距今已有100多年的歷史。放射性粒子源植入治療技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)放射性粒子源植入，是一種將放射源植入腫瘤內(nèi)部，讓其持續(xù)釋放出射線以摧毀腫瘤的治療手段。放射性粒子源植入治療技術(shù)主要依靠立體定向系統(tǒng)將放射性粒子源準(zhǔn)確植入瘤體內(nèi)，通過(guò)微型放射源發(fā)出持續(xù)、短距離的放射線，使腫瘤組織遭受最大限度殺傷，而正常組織不損傷或只有微小損傷。臨床運(yùn)用較多的是碘-125(125I)放射性粒子源。近年來(lái)，放射性粒子源的植入治療被廣泛應(yīng)用于腫瘤患者的近距離放射治療，分為短暫種植治療和永久種植治療[1]。

在近距離放射治療臨床應(yīng)用中，已將125I放射性粒子源腔內(nèi)放射治療作為腫瘤治療的常用手段之一。125I放射性粒子源半衰期為60.1 d，光子能量約為27 keV[2]光子能量低，穿透距離較短，且不需要特殊的防護(hù),但也可能引起被治療部分無(wú)法受到足夠的劑量照射。因此，臨床治療時(shí)需要精確種植粒子，確保劑量分布均勻合理。同時(shí)由于其半衰期很短，放射性活度會(huì)快速衰減，由此對(duì)于粒子在人體內(nèi)的植入位置和輻射劑量的準(zhǔn)確性要求更嚴(yán)格。

本實(shí)驗(yàn)使用薄窗電離室對(duì)LiF熱釋光劑量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)TLD)進(jìn)行校準(zhǔn)。采用校準(zhǔn)后的TLD在水模體中進(jìn)行125I放射性粒子源輻射場(chǎng)的測(cè)量，使測(cè)量值可以溯源至國(guó)家中能X射線(60～250)kV空氣比釋動(dòng)能基準(zhǔn)。

一般忽略TLD元件體積大小的影響，將其作為質(zhì)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行理論點(diǎn)狀分布的分析。實(shí)際上TLD元件有一定的體積。在此體積內(nèi)輻射劑量有一梯度分布，這種梯度分布會(huì)使同一TLD元件中各處受照劑量不同，與理論的點(diǎn)狀分布存在一定的差異。因此，若想得到理論的點(diǎn)狀分布結(jié)果，需要進(jìn)行梯度模擬，對(duì)TLD元件進(jìn)行修正。

1 材料與儀器

125I放射性種子源：由上海欣科醫(yī)藥有限公司提供，外包殼材料外徑0.8 mm，長(zhǎng)度4.5 mm，壁厚0.05 mm；內(nèi)核材料尺寸φ0.5 mm×3 mm，總活度為58.02 MBq(1.568 mCi，此數(shù)據(jù)由生產(chǎn)廠家提供)。

TLD劑量元件：北京康科洛電子有限公司生產(chǎn)的LiF(Mg,Cu,P)劑量片，規(guī)格為圓形薄片，直徑為4.5 mm，厚度為0.8 mm。

熱釋光讀出儀：北京康科洛電子有限公司生產(chǎn)的RGD-3型；薄窗電離室：美國(guó)CAPINTEC 公司生產(chǎn)的PET-Al型；空氣比釋動(dòng)能(治療水平)標(biāo)準(zhǔn)裝置：[2005]國(guó)量標(biāo)滬證字第142號(hào)[3]。

2 吸收劑量的測(cè)定

2.1 測(cè)量點(diǎn)的分布

測(cè)量支架：本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量支架為專(zhuān)門(mén)的特制支架，由TLD元件支架、籽源支架和平臺(tái)組成。實(shí)物圖示于圖1。

圖1 測(cè)量支架實(shí)物圖[3]Fig.1 Measuring frame[3]

測(cè)量支架平臺(tái)的中心點(diǎn)用來(lái)放置125I放射性粒子源，其他點(diǎn)放置TLD。使所有的TLD平面都正面對(duì)著125I放射性粒子源，放置在距離放射性粒子源5～60 mm的位置。125I放射性粒子源的放置方式為豎直，幾何中心點(diǎn)位于0點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)分布圖示于圖2。

TLD與中心點(diǎn)連線夾角是指TLD中心點(diǎn)所在平面與放射性粒子源中心點(diǎn)的夾角。90 °夾角即指TLD中心點(diǎn)所在平面正面對(duì)粒子源中心點(diǎn)。

圖2 測(cè)量點(diǎn)分布圖Fig.2 Distribution of measuring point

2.2 測(cè)量方法

將特制的測(cè)量支架放入30 cm×30 cm×30 cm的水箱中作為水模體，在水模體內(nèi)形成125I輻射場(chǎng)。采用定點(diǎn)定時(shí)輻照的測(cè)量方式，每次進(jìn)行約2 h的輻照。輻照過(guò)程中TLD元件用塑料薄膜包覆以防水[3]。

根據(jù)IAEA技術(shù)報(bào)告TRS No.277的技術(shù)要求，使用薄窗電離室放置在水模體表面，在X射線60 kV/ HVL1.9 mm Al的水平束、照射野在1 m處為φ=150 mm的輻照條件下進(jìn)行測(cè)量，確定一個(gè)空氣比釋動(dòng)能實(shí)際值，用公式換算到水中吸收劑量，再將TLD在相同條件下等劑量輻照，用熱釋光測(cè)定儀讀出TLD發(fā)光值。吸收劑量與發(fā)光值成正比，該比值即為T(mén)LD的校準(zhǔn)因子[3]。

參考上海二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)室(SSDL)X射線半值層與有效能量關(guān)系曲線，在60 kV/ HVL1.9 mm Al的條件下的有效能量為32 keV，與125I產(chǎn)生的光子綜合等效能量十分接近，校準(zhǔn)條件十分理想[4]。

在用薄窗電離室刻度LiF-TLD之前，薄窗電離室經(jīng)空氣比釋動(dòng)能(治療水平)標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)[3]。

2.3 計(jì)算方法

熱釋光劑量元件按IAEA技術(shù)報(bào)告TRS No.277中(10～100)kV X射線外照射治療束水模體中吸收劑量DW的測(cè)量和計(jì)算方法進(jìn)行[5]。

DW=M·Ka·NK·KB·(μen/ρ)w,air·Ku

(1)

其中，DW為在水中吸收劑量，M為劑量計(jì)測(cè)量值，Gy；Ka為空氣密度修正因子；NK為空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)因子，0.880；KB為體模背散射修正因子，實(shí)測(cè)值為1.225；(μen/ρ)w,air為水對(duì)空氣的平均質(zhì)量吸收系數(shù)比，1.015；Ku為能譜修正因子，值取為1。

3 吸收劑量值的修正

3.1 輻射場(chǎng)幾何條件修正

本實(shí)驗(yàn)初步對(duì)輻射場(chǎng)幾何條件的修正方法進(jìn)行了研究，并作了修正。

125I放射性粒子源豎放，使TLD與中心點(diǎn)連線夾角為90°，基于點(diǎn)源的分布模式對(duì)TLD體積用積分計(jì)算進(jìn)行修正。

a)DW與距離D衰減修正，不考慮吸收，點(diǎn)放射源產(chǎn)生的射線在空間的衰減應(yīng)滿足距離平方的反比，即：

DW=A·Г /D2

(2)

其中，A為放射源活度，Bq； Г為該核素的劑量率常數(shù)；D為測(cè)量點(diǎn)到放射源的距離，cm。

單能γ射線在水中的吸收應(yīng)滿足指數(shù)率減，即：

DW=DW0· e-γ · D

(3)

λ為水對(duì)γ射線的率減系數(shù)；DW0為沒(méi)有水時(shí)的劑量，Gy。

因此，DW與距離D衰減理論上應(yīng)符合：

DW=A·Г· e-λ · D/D2

(4)

在實(shí)際測(cè)量中，因各種因素的共同作用，其測(cè)量結(jié)果可能并不符合上述(4)式，因此，需要測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。

b) 幾何條件修正：TLD所受到的總劑量可通過(guò)積分獲得。設(shè)計(jì)水中吸收劑量距離衰減公式D(x)為：

(5)

其中，Г、λ同公式2

A為經(jīng)距離衰減計(jì)算后的活度，Bq；r為T(mén)LD的半徑，cm；d為T(mén)LD到125I放射性粒子源的距離，cm。

3.2 種子源的形狀條件修正

125I放射性粒子源為棒狀，與點(diǎn)源的劑量分布有差異。因此，也需對(duì)125I放射性粒子源進(jìn)行形狀條件修正。

按公式(4)的衰減規(guī)律，將粒子源的放射性分布視為線性均勻分布，可得到125I放射性粒子源的修正因子FS。

(6)

其中，Г、λ、d同公式2。A為經(jīng)距離衰減計(jì)算后的活度，Bq；r為125I放射性粒子源橫截面的半徑，cm；l為125I放射性粒子源的長(zhǎng)度，cm。

3.3 修正后的數(shù)值計(jì)算

考慮了輻射場(chǎng)的幾何條件修正和放射源的形狀條件修正之后，最終得到的計(jì)算方法為：

DW=M·Ka·NK·KB·(μen/ρ)w,air·Ku·FS/F

(7)

其中，M、Ka、NK、KB、(μen/ρ)w,air、Ku同公式(1)。FS為125I放射性粒子源的幾何修正因子；F為T(mén)LD的幾何修正因子。

4 結(jié)果與討論

測(cè)得的125I放射性粒子源的水中吸收劑量率的實(shí)測(cè)值與經(jīng)修正后的數(shù)值列于表1。

修正結(jié)果表明：TLD元件到125I放射性粒子源距離越近，TLD元件體積的影響越大。在距離125I放射性粒子源表面5 mm處，經(jīng)修正后的數(shù)值約為實(shí)測(cè)值的1.3倍。TLD元件的體積影響程度隨著距離的增大而逐漸變小。在距離125I放射性粒子源40 mm處及更遠(yuǎn)處，TLD的元件體積影響和放射源的形狀影響幾乎可以忽略。

由此可見(jiàn)，幾何尺寸和形狀對(duì)結(jié)果有較大影響，測(cè)量結(jié)果有必要進(jìn)一步修正，得到更準(zhǔn)確的125I放射性粒子源在水中的吸收劑量值,這對(duì)模擬其在臨床治療中對(duì)腫瘤部位的劑量分布及種子源的植入定位具有一定的指導(dǎo)意義。

表1 125I放射性粒子源的水中吸收劑量率的實(shí)測(cè)值與修正值比較Table 1 Compare the original value with the modified value (the absorbed doserate to water from 125I seed sources)

參考文獻(xiàn)：

[1] Williamson JF. Brachytherapy technology and ph-

ysics practice since 1950:a half-century of progress[J]. Phys Med Biol, 2006,51: R303-R325.

[2] 楊瑞杰,張紅志,王俊杰. 放射性粒子源組織間永久性植入的物理學(xué)特性[J]. 中國(guó)腫瘤臨床與康復(fù), 2008，6:566-568.

[3] 滕婧靜.125I密封籽源水中吸收劑量分布的測(cè)量[J].上海計(jì)量測(cè)試,2012,5：25-28.

Teng jingjing. Discussion on modified methods of the absorbed dose to water from125I seed sources[J]. Progress Report on China Nuclear Society.2012，5 :25-28.

[4] 全國(guó)核能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 12162.1-2000 idtISO 4037-1:1996. 用于校準(zhǔn)計(jì)量?jī)x和劑量率儀及確定其能量響應(yīng)的X和γ參考輻射 第一部分：輻射特性及產(chǎn)生方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

[5] International atomic energy agency. IAEA TRS No.277，Absorbed Dose Determination in Photon and Electron Beams[R]. VIENNA: IAEA, 1987.