125I密封籽源水中吸收劑量分布的測量

/上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

目前在國內(nèi)腫瘤治療領(lǐng)域，已將125I密封籽源腔內(nèi)放射治療作為腫瘤治療的常用手段之一。125I密封籽源的源芯為含有放射性核素125I的鈀（銀）絲，包殼為激光密封的鈦合金管。125I放射性核素半衰期為60.1 d，通過衰變過程中7%經(jīng)電子俘獲（Electron Capture）變成125Te的激發(fā)態(tài)，同時釋放35.5 keV的γ射線返回基態(tài)，而93%衰變過程以內(nèi)轉(zhuǎn)換過程(Internal Conversion)釋放27～35 keV特征輻射X射線和電子線，電子由密封籽源的鈦合金壁所吸收，光子主要發(fā)射27.4 keV和31.4 keV的X 射線，同時籽源芯內(nèi)鈀（銀）被激活后也可以發(fā)射21.2 keV和23.9 keV的熒光X射線。部分低于5 keV低能輻射被鈦殼吸收，因此125I具有復雜的衰變特性。

這種放射性籽源的特點是光子能量低，穿透距離較短，不需要特殊的防護,但也可能引起被治療部位受輻照劑量不足而影響治療效果。因此，臨床治療時需要精確種植籽源，確保吸收劑量準確性和劑量分布合理、有效，這對于提高療效具有重要意義。

由于人體組織的主要成分近似于水，所以通常是以水中吸收劑量的分布來模擬人體內(nèi)的劑量分布。類似的125I密封籽源的水中吸收劑量分布的測量實驗已有先例,但對于具有一定線度125I密封籽源的強度變化和空間分布梯度大的特點，進行一般性測量很難達到足夠的準確度，為此進行了本項專題研究。

采用LiF熱釋光劑量計（以下簡稱TLD）在水模體中進行測量，使用薄窗電離室對TLD進行刻度，使量值可以溯源至國家中能X射線60 ～ 250 kV照射量基準。

1 材料與測量儀器

1.1 125I密封籽源

采用上海欣科醫(yī)藥有限公司提供的125I籽源。外包殼材料鈦管外徑0.8 mm、長度4.5 mm、壁厚0.05 mm，內(nèi)核材料鈀（銀）絲尺寸 φ0.5×3 mm，鈀（銀）絲表面鍍有125I核素（見圖1）。試驗中所用的125I密封籽源總活度為 58.02 MBq（1.568 mCi，生產(chǎn)廠家提供）。

圖1 125I密封籽源

1.2 主要測量儀器和設(shè)備

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φ4.5 mm，厚度 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CAPINTEC 公司生產(chǎn)的PETAl型。

空氣比釋動能（治療水平）標準裝置：[2005]國量標滬證字第142號。

1.3 水模體

300 mm×300 mm×300 mm（長×寬×高）的有機玻璃水箱。

1.4 測量支架

使用特制的測量支架，由TLD元件支架、籽源支架和平臺組成（見圖2）。平臺的材料為鋁，左右兩邊的平臺把手與支架采用尼龍材料。TLD元件支架的規(guī)格: 長50 mm，截面積3.5 mm×6 mm，在距離頂部1.5 mm處有放置TLD的圓形凹槽（直徑φ4.5 mm，厚度0.8 mm）。籽源支架規(guī)格：長 50 mm，截面積3.5 mm×4 mm，支架頂部放置籽源。

平臺的中心點放置125I密封籽源，其他點放置TLD。測量點分A組點和B組點。A組點布置，TLD平面都面對籽源，而距離籽源5 ～ 60 mm不等；B組點布置，各點距離籽源的位置相同，但TLD對著籽源的角度不同。籽源支架和TLD元件支架見圖3，各測量點分布見圖4和圖5（A組點和B組點）,各點位置與角度見表1和表2。

圖2 放置125I密封籽源、TLD的支架

圖3 籽源支架與TLD支架示意圖

表1 圖4中的各點位置與角度

圖4 A組點分布

圖5 B組點分布

表2 圖5中的各點位置與角度

2 方法

2.1 TLD的測量方法

2.1.1 TLD 的篩選

實驗使用LiF-TLD作為探測器，LiF(MgCuP)具有靈敏度高、線性響應(yīng)好、測量范圍寬、準確度高、體積小等特點。元件篩選:元件接受137Csγ射線一定劑量輻照，由熱釋光讀出儀讀出發(fā)光值，剔除異常值后得到平均值，要求其發(fā)光值變化范圍控制在平均值的±5%以內(nèi)。

2.1.2 測量支架的放置和測量

將特制的測量支架放入水模體中。把已固定好125I密封籽源的支架放入平臺的中心點位置。TLD用防水薄膜包覆后固定在元件盒內(nèi)放在TLD元件支架中，將支架放入平臺的各點位置（位置點見圖4、圖5）。實驗采用定點定時輻照的測量方式，每次進行約2 h的輻照，取出劑量元件由熱釋光讀出儀讀測。

125I密封籽源分別以豎放和橫放的兩種方式置于支架中心點進行比較，TLD放置條件不變，以測量籽源的徑向與橫向的劑量分布。籽源豎放是指籽源軸線垂直于平臺平面放置，幾何中心點位于O點；橫放是指籽源軸線平行于平臺平面放置，長軸與A1、AB連線重合，中心點位于O點。（A1、AB、O點位置見圖2、圖4和圖5）。

2.2 TLD 的刻度

根據(jù)IAEA技術(shù)報告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的輻照條件下進行測量，確定一個空氣比釋動能實際值；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，用熱釋光讀出儀讀出TLD發(fā)光值。吸收劑量與發(fā)光值成正比，該比值即為TLD的刻度因子。

參考上海二級標準劑量學實驗室（SSDL）X射線半值層與有效能量關(guān)系曲線，實驗在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，刻度較理想。

在刻度LiF-TLD之前，薄窗電離室經(jīng)空氣比釋動能（治療水平）標準裝置校準。

2.3 計算公式

參照IAEA技術(shù)報告TRS No.277關(guān)于10 ～ 100 kV X射線在非參考條件下電離室方法測量水中的吸收劑量DW的計算公式進行計算。

水中吸收劑量測量：

DW=M·Ka·NK·B·(μen/ρ)w,air·Ku（單位：Gy）

其中：M— 測量值；

Ka— 空氣密度修正因子；

NK— 空氣比釋動能校準因子；

B— 體模背散射修正：實測值為 1.225；

(μen/ρ)w,air：水對空氣的平均質(zhì)量吸收系數(shù)比，1.014；

Ku— 能譜修正因子，對大多數(shù)情況值取為1是合理的。

3 結(jié)果與討論

3.1 實驗結(jié)果

實驗測得的125I密封籽源豎放時，水中吸收劑量的分布值和分布曲線見表3和圖6、圖7。125I密封籽源橫放時，水中吸收劑量的分布值和分布曲線見表4和圖8。

可以看出：

表4 125I密封籽源橫放輻照的水中吸收劑量率

1）125I密封籽源的空間劑量分布隨著離源距離增加在不同方向上都呈快速衰減。在距離125I密封籽源表面10 mm處，劑量率的變小速率很明顯，達到了82.4%；在距離籽源大于40 mm處，劑量率減小超過99%，可見在此距離處對周圍組織的損傷效果也已變得很小。

2）由圖7可以看出，在距離125I密封籽源表面10 mm處，受照角度（即TLD中心點所在平面面對籽源的角度）的改變，對劑量率有一定的影響，在15° ～ 90°的角度范圍內(nèi)，劑量率的變化可達 21.2%。可以推斷等劑量曲線將表現(xiàn)出各向異性，尤其是源的軸向分布和徑向分布相差較多，因此在臨床應(yīng)用中，也應(yīng)實際考慮腫瘤所處的位置和角度問題。

圖6 籽源豎放水中吸收劑量分布曲線（A組點）

圖7 籽源豎放水中吸收劑量分布曲線（B組點）

圖8 籽源橫放水中吸收劑量分布曲線（A組點）

3）由表3和表4中A組點的數(shù)據(jù)可以看出，籽源豎放和橫放的條件下，在距離籽源5 mm處的劑量率變化較大，兩者相差約20%。而在距離籽源大于10 mm處的劑量率變化不明顯，尤其是大于等于40 mm處的劑量率完全相等。可見，籽源的擺放位置的不同，對近距離處的點的劑量率有較大影響，隨距離的增加而逐漸減小。

3.2 討論分析

1）在125I密封籽源γ射線在水中吸收劑量的分布測量中，TLD與源在水模體中的相對距離和位置是否正確是測量誤差的主要因素，尤其射線能量低，在水中衰減快，些微的距離誤差就會造成吸收劑量測量數(shù)據(jù)的不確定性。通過專門刻度和對TLD的篩選以及測量過程的質(zhì)量控制，實驗數(shù)據(jù)符合預期的結(jié)果。

2）研究將TLD作為質(zhì)點，忽略其體積大小影響。同時由于實驗所用的125I密封籽源為棒狀，與點源的劑量分布有差異。況且籽源粒子活度和排列也有均勻性問題，比較復雜的理論計算可模擬棒狀125I籽源對劑量分布的貢獻而進行修正。由結(jié)論3可以得出，當籽源與病灶之間距離較近（如與籽源長度相同）時，應(yīng)充分考慮籽源的尺寸影響。實踐表明模擬的實驗測量是有效、可行的方法。

3）研究的TLD采用螺旋形布放方式，本來考慮以最少的TLD布放點來獲取最大區(qū)域內(nèi)的劑量分布，但從實驗結(jié)果來看，這種布放方式并不合理。在后續(xù)的補充實驗中，采用更為理想的米字形、等距離密布的布放方式，有利于畫出等劑量曲線圖，以充分表達棒狀籽源各向異性的劑量分布特性。

4）不同廠家生產(chǎn)的125I籽源的電離常數(shù)值和源殼結(jié)構(gòu)差別可能很大，如側(cè)向采用雙層源殼，特意提高軸向光子通量以獲得較為均勻的角分布等不同情況，這就要求醫(yī)護人員在設(shè)計125I實驗或制定125I治療計劃時不能隨意從文獻中引用相關(guān)數(shù)據(jù)，而應(yīng)根據(jù)具體情況而定。

4 結(jié)語

綜上所述，實驗研究了125I密封籽源在水中的吸收劑量分布的測量，討論了產(chǎn)生測量誤差的主要來源，有效模擬了其在人體內(nèi)受照射狀況，這對放射性籽源的植入定位具有指導意義，從而達到最大限度地利用射線進行治療、減少對正常組織不必要照射的目的，提高放射性籽源植入治療的劑量準確性和安全性。

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