125I放射性粒子源水中吸收劑量的修正方法探討

滕婧靜，眭國平，高錚亞，陳建新，陸 遜，肖 瑤，孫 訓

(上海計量測試技術研究院，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簡稱放射性粒子源植入，是一種將放射源植入腫瘤內部，讓其持續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主要依靠立體定向系統將放射性粒子源準確植入瘤體內，通過微型放射源發出持續、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。臨床運用較多的是碘-125(125I)放射性粒子源。近年來，放射性粒子源的植入治療被廣泛應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用中，已將125I放射性粒子源腔內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,但也可能引起被治療部分無法受到足夠的劑量照射。因此，臨床治療時需要精確種植粒子，確保劑量分布均勻合理。同時由于其半衰期很短，放射性活度會快速衰減，由此對于粒子在人體內的植入位置和輻射劑量的準確性要求更嚴格。

本實驗使用薄窗電離室對LiF熱釋光劑量計(以下簡稱TLD)進行校準。采用校準后的TLD在水模體中進行125I放射性粒子源輻射場的測量，使測量值可以溯源至國家中能X射線(60～250)kV空氣比釋動能基準。

一般忽略TLD元件體積大小的影響，將其作為質點來進行理論點狀分布的分析。實際上TLD元件有一定的體積。在此體積內輻射劑量有一梯度分布，這種梯度分布會使同一TLD元件中各處受照劑量不同，與理論的點狀分布存在一定的差異。因此，若想得到理論的點狀分布結果，需要進行梯度模擬，對TLD元件進行修正。

1 材料與儀器

125I放射性種子源：由上海欣科醫藥有限公司提供，外包殼材料外徑0.8 mm，長度4.5 mm，壁厚0.05 mm；內核材料尺寸φ0.5 mm×3 mm，總活度為58.02 MBq(1.568 mCi，此數據由生產廠家提供)。

TLD劑量元件：北京康科洛電子有限公司生產的LiF(Mg,Cu,P)劑量片，規格為圓形薄片，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的RGD-3型；薄窗電離室：美國CAPINTEC 公司生產的PET-Al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[3]。

2 吸收劑量的測定

2.1 測量點的分布

測量支架：本實驗的測量支架為專門的特制支架，由TLD元件支架、籽源支架和平臺組成。實物圖示于圖1。

圖1 測量支架實物圖[3]Fig.1 Measuring frame[3]

測量支架平臺的中心點用來放置125I放射性粒子源，其他點放置TLD。使所有的TLD平面都正面對著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，幾何中心點位于0點。測量點分布圖示于圖2。

TLD與中心點連線夾角是指TLD中心點所在平面與放射性粒子源中心點的夾角。90 °夾角即指TLD中心點所在平面正面對粒子源中心點。

圖2 測量點分布圖Fig.2 Distribution of measuring point

2.2 測量方法

將特制的測量支架放入30 cm×30 cm×30 cm的水箱中作為水模體，在水模體內形成125I輻射場。采用定點定時輻照的測量方式，每次進行約2 h的輻照。輻照過程中TLD元件用塑料薄膜包覆以防水[3]。

根據IAEA技術報告TRS No.277的技術要求，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，用熱釋光測定儀讀出TLD發光值。吸收劑量與發光值成正比，該比值即為TLD的校準因子[3]。

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產生的光子綜合等效能量十分接近，校準條件十分理想[4]。

在用薄窗電離室刻度LiF-TLD之前，薄窗電離室經空氣比釋動能(治療水平)標準裝置校準[3]。

2.3 計算方法

熱釋光劑量元件按IAEA技術報告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的測量和計算方法進行[5]。

DW=M·Ka·NK·KB·(μen/ρ)w,air·Ku

(1)

其中，DW為在水中吸收劑量，M為劑量計測量值，Gy；Ka為空氣密度修正因子；NK為空氣比釋動能校準因子，0.880；KB為體模背散射修正因子，實測值為1.225；(μen/ρ)w,air為水對空氣的平均質量吸收系數比，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 輻射場幾何條件修正

本實驗初步對輻射場幾何條件的修正方法進行了研究，并作了修正。

125I放射性粒子源豎放，使TLD與中心點連線夾角為90°，基于點源的分布模式對TLD體積用積分計算進行修正。

a)DW與距離D衰減修正，不考慮吸收，點放射源產生的射線在空間的衰減應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；D為測量點到放射源的距離，cm。

單能γ射線在水中的吸收應滿足指數率減，即：

DW=DW0· e-γ · D

(3)

λ為水對γ射線的率減系數；DW0為沒有水時的劑量，Gy。

因此，DW與距離D衰減理論上應符合：

DW=A·Г· e-λ · D/D2

(4)

在實際測量中，因各種因素的共同作用，其測量結果可能并不符合上述(4)式，因此，需要測量進行數據擬合。

b) 幾何條件修正：TLD所受到的總劑量可通過積分獲得。設計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為經距離衰減計算后的活度，Bq；r為TLD的半徑，cm；d為TLD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，與點源的劑量分布有差異。因此，也需對125I放射性粒子源進行形狀條件修正。

按公式(4)的衰減規律，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為經距離衰減計算后的活度，Bq；r為125I放射性粒子源橫截面的半徑，cm；l為125I放射性粒子源的長度，cm。

3.3 修正后的數值計算

考慮了輻射場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TLD的幾何修正因子。

4 結果與討論

測得的125I放射性粒子源的水中吸收劑量率的實測值與經修正后的數值列于表1。

修正結果表明：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，經修正后的數值約為實測值的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，幾何尺寸和形狀對結果有較大影響，測量結果有必要進一步修正，得到更準確的125I放射性粒子源在水中的吸收劑量值,這對模擬其在臨床治療中對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意義。

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

參考文獻：

[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特性[J]. 中國腫瘤臨床與康復, 2008，6:566-568.

[3] 滕婧靜.125I密封籽源水中吸收劑量分布的測量[J].上海計量測試,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] 全國核能標準化技術委員會. GB/T 12162.1-2000 idtISO 4037-1:1996. 用于校準計量儀和劑量率儀及確定其能量響應的X和γ參考輻射 第一部分：輻射特性及產生方法[S].北京：中國標準出版社,2000.

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