碘-125粒子源徑向與軸向劑量分布的實(shí)驗(yàn)分析

張文藝 劉忠超 阮書州 樊賽軍 焦 玲

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所 天津分子核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300192）

碘-125粒子源組織間植入放射治療是將其植入腫瘤組織中治療癌癥的一種方法。因?yàn)榈?125粒子源發(fā)射的伽馬射線能量低，有效放射半徑較小，對正常組織的損傷小，十幾年來被廣泛用于惡性腫瘤的治療[1]，國內(nèi)碘-125粒子源組織間植入治療越來越廣泛[2?3]。不僅用于治療前列腺癌、肺癌、肝癌等實(shí)體瘤，還應(yīng)用于食道、膽管等管腔癌癥的臨床治療[4?5]。由于粒子源的劑量學(xué)參數(shù)會影響治療效果[6–8]，因此在臨床使用粒子源近距離治療之前，應(yīng)當(dāng)對粒子源的劑量學(xué)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格確定；另一方面，由于氣管、食道、胰腺等管腔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，粒子源植入治療管腔腫瘤時，劑量分布及其對腫瘤組織、管腔及腔外組織的作用和影響，與肺癌等實(shí)體腫瘤不同，目前這些方面的研究也很少。本文用熱釋光劑量計(Thermoluminescent Dosimeters, TLD)測量方法，在管腔組織模型中，對碘-125粒子源的軸向和徑向劑量分布進(jìn)行了測量和分析，為治療管腔癌癥提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

碘-125粒子源：天津賽德生物制藥有限公司產(chǎn)品BT-125-l型，長度為3.0mm的全桿標(biāo)記碘-125同位素的銀絲內(nèi)置于中央，外殼用0.05mm厚的高密度鈦合金管，兩邊有焊點(diǎn)，粒子源外徑0.8mm，長度 4.5mm。半衰期為 59.4d，有效治療距離為17.0mm。出廠活度為2.59×107Bq。

TLD：因?yàn)榈?125粒子源的外徑只有0.8mm，內(nèi)置中央的帶碘銀絲長度只有3mm，因此本研究中使用了 3種 TLD：顆粒(1.0mm′1.0mm′1.0mm)TLD用來研究粒子源的軸向劑量分布；很薄的方片(3.2mm′3.2mm′0.2mm)用于 3mm 之內(nèi)的徑向劑量分布研究；與粒子源形狀相似的玻璃管劑量計(f1.0mm′5.3mm)則用來研究 3–30mm 之間的徑向劑量分布。顆粒和方片TLD是解放軍防化兵研究院的產(chǎn)品，玻璃管TLD是放射醫(yī)學(xué)研究所自行研制的產(chǎn)品。

TLD測量儀：使用北京核儀器廠生產(chǎn)的FJ-427A1型TLD測量儀對實(shí)驗(yàn)中的劑量計進(jìn)行測讀。測量條件為：T1=140°C，測量 10s；T2=240°C，測量20s。

體模等效材料：根據(jù)國際輻射單位與測量委員會ICRU 44號報告中建議的軟組織中不同元素的含量比，利用組織等效材料，自行研制了管腔和肌肉組織的體模，主要成分為有機(jī)玻璃[9]。成人肝外膽管的內(nèi)徑為8.5–10.0 mm[10]，成人食道管腔的內(nèi)徑約20.0 mm[11]，所以制作的膽管組織等效模型的管腔內(nèi)徑為 10.0mm，食道組織等效模型的管腔內(nèi)徑為20.0mm。以管腔模型的中心為圓點(diǎn)，在0°、90°、180°、270°等 4 個軸向上等距離(5.0mm)，45°、135°、225°、315°等4個中分方向上等距離(7.1mm)各加工4個直徑1.0mm的玻璃管TLD放置圓孔。圖1是膽管模型以及TLD放置示意圖。

表2 方片、顆粒和玻璃管TLD的線性Table 2 Linear calibration factor KL of flakes, grain and glass TLD

表2 方片、顆粒和玻璃管TLD的線性Table 2 Linear calibration factor KL of flakes, grain and glass TLD

輻射能量Radiation Energy / keV線性校準(zhǔn)因數(shù)Linear calibration factor KL / mGy?1 Flake Grain Glass rod γ 59.5 710±11 362±18 1 182±32碘-125粒子I-125 seed 27–35 1 037±72 508±46 1 528±123

2 結(jié)果與討論

圖1 膽管腔體模型及TLD布放示意圖Fig.1 Cavity phantom and TLD distribution diagram.

1.2 方法

能量響應(yīng)：碘-125粒子源釋放的 γ線能量在27–35keV范圍內(nèi)，因此選用中國原子能科學(xué)研究院計量站33 keV、65 keV和83keV的X射線和59.5keV的Am-241 γ射線，對置于體模上的TLD方片、顆粒和玻璃管照射 1mGy。每組 TLD含 5片樣品。

線性：選用中國原子能科學(xué)研究院計量站的Am-241 γ射線，對置于體模上的TLD方片、顆粒和玻璃管分別照射 0.575 mGy、1.000 mGy和1.500mGy。每組TLD含5片樣品。

用熱釋光測量儀測量3種TLD受到不同劑量照射后的計數(shù)，計算每組5個樣品的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，其能量響應(yīng)結(jié)果列于表1中。測量受到59.5keV的Am-241 γ射線不同照射的各組TLD，通過線性回歸，推算得到不同TLD對Am-241 γ射線的劑量響應(yīng)，其結(jié)果列在表2中。并由此推算出3種TLD受到粒子源照射時的劑量響應(yīng)。

表1 方片、顆粒和玻璃管TLD的能量響應(yīng)Table 1 Energy response of flakes, grain and glass TLD

表1 方片、顆粒和玻璃管TLD的能量響應(yīng)Table 1 Energy response of flakes, grain and glass TLD

輻射Radiation 能量響應(yīng)Energy response Ken / mGy?1類型Type能量Energy / keV Flake Grain Glass rod X 33 1 041±28 487±35 1 420±31 X 65 705±13 347±28 1 035±31 X 88 617±18 303 ±7 938±33 γ 59.5 713±7 347±6 1 098±11

能量響應(yīng)和線性：方片、顆粒以及玻璃管TLD的能量響應(yīng)和線性結(jié)果分別列在表1和表2中，3種TLD探測器對33 keV、65 keV和83keV的X射線和能量為59.5keV的Am-241 γ射線的響應(yīng)結(jié)果十分理想，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%。 對于Am-241 γ射線標(biāo)準(zhǔn)源，3種 TLD的劑量響應(yīng)分別為710mGy?1、362mGy?1和 1182mGy?1。因?yàn)榈?125粒子源的能量范圍為27–35keV，與能量33keV的X射線相近，因此，可以假定碘-125粒子源的輻射特性與33keV X射線的一致，用同一批粒子源分別照射3種TLD，照射時間分別為5 min、10 min和15min，然后測量各探測器的劑量結(jié)果、通過線性回歸，計算出3種TLD對碘-125粒子源的劑量響應(yīng)分別為 1037mGy?1、508 mGy?1和 1528 mGy?1。

碘-125粒子源的各向異性：先將32個玻璃管TLD插入圖1中的小孔中，隨機(jī)取一粒碘-125粒子源，插入中心孔，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，選取照射時間為10min，然后測量玻璃管TLD的計數(shù)。同一顆粒子源重復(fù)照射、測量3次。隨機(jī)選取同一批次的其它2顆粒子源依次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程。根據(jù)不同探測器的TL計數(shù)和劑量響應(yīng)刻度系數(shù)，推算出不同測量點(diǎn)的劑量。

如圖1所示，4個軸方向上，TLD距離粒子源軸心距離分別是 5.0 mm、10.0 mm、15.0 mm 和20.0mm，而在4個中分線方向上，TLD距離粒子源軸心距離則分別是7.1 mm、14.1 mm、21.2 mm和 28.3mm。每次照射后，以粒子源軸心為圓心，5.0 mm、7.1 mm、10.0 mm、14.1mm等為半徑的同心圓上都有4個TLD，3次照射，其劑量的平均值如表3所示。結(jié)果表明，與粒子源的徑向距離大于等于5.0mm處的劑量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%，而且3顆粒子源的一致性很好。另外，從表3可以看出，距離軸心20.0mm以上位置，受到粒子源輻射的影響很小。

粒子源的徑向劑量分布：在管腔模型中，將16枚3.2mm×3.2mm×0.2mm的TLD方片按編號依次重疊，隨機(jī)選一顆粒子源，將其直接放在第一片TLD上面，照射10min，取走粒子源，然后依次測量方片。不同編號的方片分別代表粒子源徑向0mm、0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm、……、3.0mm的距離，重復(fù)照射5次。劑量分布(見表3)結(jié)果表明，距離粒子源表面1.0mm以上的組織，5次重復(fù)測量，其劑量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于10%，明顯好于粒子源表面0.6mm之內(nèi)的測量結(jié)果。主要原因可能是距離的準(zhǔn)確性，由于每次照射時放置粒子源的位置不完全相同，粒子源的長度為4.5mm，方片TLD的寬度為3.2mm，對角線為4.8mm，每次照射時，粒子源沿對角線方向放置，每次放置的方位可能有所偏移。其他主要原因可能是粒子源里面的碘棒偏離了中心軸線以及非點(diǎn)源效應(yīng)。

表3 碘-125粒子源的各向異性Table 3 Anisotropy of the Iodine-125 seeds.

表4 碘-125粒子源的徑向劑量分布Table 4 Radial dose distribution of Iodine-125 seed.

因?yàn)榱Ｗ釉粗睆綖?.8mm，所以從軸心碘棒到源表面距離為0.4mm。綜合以上結(jié)果，從距離粒子源中心軸 0.4?28.28mm 的徑向劑量分布表示于圖2。從結(jié)果可以看出，與軸心距離2.8mm時，其劑量約是源表面的10%；10mm時，約為1%；28mm時，約為0.1%。雖然粒子源表面劑量很高，但徑向距離增加時劑量迅速減小。

圖2 碘-125粒子源的徑向劑量分布Fig.2 Radial dose distribution of I-125 seed.

粒子源的軸向劑量分布：在管腔模型中，首先將15粒1.0mm×1.0mm×1.0mm的TLD顆粒按編號依次排列整齊，長度15mm，仍使用同一顆碘-125粒子源，將其直接放在TLD顆粒中心位置上面，粒子源軸向與TLD排列一致。照射10min后，取走粒子源，然后依次測量顆粒的計數(shù)。

3次實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。本實(shí)驗(yàn)中使用的粒子源是把滲過碘-125的f0.5mm×3.0mm 銀棒密封在直徑0.8mm、長4.5mm、壁厚0.05mm的鈦管中焊接而成，顆粒TLD邊長1mm，因此照射時粒子源有可能與5顆TLD直接接觸，而其中的3顆或4顆與滲碘銀棒距離最近。從圖3可以看出，有三顆TLD劑量比較高；峰左邊4個點(diǎn)和右邊6個點(diǎn)所表示的TLD顆粒的受照劑量都比較低，且都小于最高劑量值的10%；離粒子源中心5mm以上的TLD顆粒，輻射劑量水平均低于中心處的5%。

三次照射，全部15個TLD的受照劑量總和分別為242 mGy、264 mGy、305 mGy，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為11.8%。該結(jié)果的原因之一是顆粒TLD很小，每次照射時其排列的緊密程度可能略有差異；從圖 3還可以看到，第三次測量中，第8顆TLD的劑量高于其它兩次，而且第三次照射的總劑量也高于前兩次，可能的主要原因是粒子源內(nèi)部的碘棒偏離了軸心位置，導(dǎo)致該碘-125粒子源軸向劑量分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差高于10%。

治療管腔癌所用粒子源的表面活度范圍為(1.11–3.7)×107Bq，根治性治療通常需要劑量為60–70Gy，所需時間6–7星期，根據(jù)腫瘤的長度和TPS計劃，按不同的分布將多顆粒子源植入到管腔的預(yù)定部位。本實(shí)驗(yàn)中使用的粒子源表面活度為2.59×107Bq，在治療管腔癌癥最常用。通過對單顆粒子源短時間內(nèi)在管腔內(nèi)的劑量分布的研究，了解粒子源的物理特性的劑量參數(shù)，在粒子源臨床植入治療中，根據(jù)腫瘤組織的大小和TPS計劃，合理布放粒子源[9]，避免實(shí)際受照劑量與處方劑量的偏離。

圖3 碘-125粒子源的軸向劑量分布Fig.3 Axial dose distribution of I-125 seed.

3 結(jié)語

本研究中通過中國原子能科學(xué)研究院能量33keV、65 keV和83keV的X射線、59.5 keV的Am-241γ射線標(biāo)準(zhǔn)源，對方片、顆粒和玻璃管TLD進(jìn)行了能量響應(yīng)刻度和線性標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所用的天津賽德生物公司的碘-125粒子源一致性很好；其徑向和軸向的劑量分布結(jié)果表明了碘-125粒子源劑量分布的非均勻性，所以應(yīng)及時對粒子源的物理參數(shù)和劑量學(xué)特性進(jìn)行研究。臨床治療時，需根據(jù)病患部位的具體情況和粒子源的各向異性參數(shù)，對TPS進(jìn)行修正，以準(zhǔn)確合理地布放不同種類、活度的粒子源，保證臨床治療的質(zhì)量。

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