125I放射性粒子源水中吸收剂量的修正方法探讨

滕婧静，眭国平，高铮亚，陈建新，陆 逊，肖 瑶，孙 训

(上海计量测试技术研究院，上海 201203)

近距离放射治疗距今已有100多年的历史。放射性粒子源植入治疗技术简称放射性粒子源植入，是一种将放射源植入肿瘤内部，让其持续释放出射线以摧毁肿瘤的治疗手段。放射性粒子源植入治疗技术主要依靠立体定向系统将放射性粒子源准确植入瘤体内，通过微型放射源发出持续、短距离的放射线，使肿瘤组织遭受最大限度杀伤，而正常组织不损伤或只有微小损伤。临床运用较多的是碘-125(125I)放射性粒子源。近年来，放射性粒子源的植入治疗被广泛应用于肿瘤患者的近距离放射治疗，分为短暂种植治疗和永久种植治疗[1]。

在近距离放射治疗临床应用中，已将125I放射性粒子源腔内放射治疗作为肿瘤治疗的常用手段之一。125I放射性粒子源半衰期为60.1 d，光子能量约为27 keV[2]光子能量低，穿透距离较短，且不需要特殊的防护,但也可能引起被治疗部分无法受到足够的剂量照射。因此，临床治疗时需要精确种植粒子，确保剂量分布均匀合理。同时由于其半衰期很短，放射性活度会快速衰减，由此对于粒子在人体内的植入位置和辐射剂量的准确性要求更严格。

本实验使用薄窗电离室对LiF热释光剂量计(以下简称TLD)进行校准。采用校准后的TLD在水模体中进行125I放射性粒子源辐射场的测量，使测量值可以溯源至国家中能X射线(60～250)kV空气比释动能基准。

一般忽略TLD元件体积大小的影响，将其作为质点来进行理论点状分布的分析。实际上TLD元件有一定的体积。在此体积内辐射剂量有一梯度分布，这种梯度分布会使同一TLD元件中各处受照剂量不同，与理论的点状分布存在一定的差异。因此，若想得到理论的点状分布结果，需要进行梯度模拟，对TLD元件进行修正。

1 材料与仪器

125I放射性种子源：由上海欣科医药有限公司提供，外包壳材料外径0.8 mm，长度4.5 mm，壁厚0.05 mm；内核材料尺寸φ0.5 mm×3 mm，总活度为58.02 MBq(1.568 mCi，此数据由生产厂家提供)。

TLD剂量元件：北京康科洛电子有限公司生产的LiF(Mg,Cu,P)剂量片，规格为圆形薄片，直径为4.5 mm，厚度为0.8 mm。

热释光读出仪：北京康科洛电子有限公司生产的RGD-3型；薄窗电离室：美国CAPINTEC 公司生产的PET-Al型；空气比释动能(治疗水平)标准装置：[2005]国量标沪证字第142号[3]。

2 吸收剂量的测定

2.1 测量点的分布

测量支架：本实验的测量支架为专门的特制支架，由TLD元件支架、籽源支架和平台组成。实物图示于图1。

图1 测量支架实物图[3]Fig.1 Measuring frame[3]

测量支架平台的中心点用来放置125I放射性粒子源，其他点放置TLD。使所有的TLD平面都正面对着125I放射性粒子源，放置在距离放射性粒子源5～60 mm的位置。125I放射性粒子源的放置方式为竖直，几何中心点位于0点。测量点分布图示于图2。

TLD与中心点连线夹角是指TLD中心点所在平面与放射性粒子源中心点的夹角。90 °夹角即指TLD中心点所在平面正面对粒子源中心点。

图2 测量点分布图Fig.2 Distribution of measuring point

2.2 测量方法

将特制的测量支架放入30 cm×30 cm×30 cm的水箱中作为水模体，在水模体内形成125I辐射场。采用定点定时辐照的测量方式，每次进行约2 h的辐照。辐照过程中TLD元件用塑料薄膜包覆以防水[3]。

根据IAEA技术报告TRS No.277的技术要求，使用薄窗电离室放置在水模体表面，在X射线60 kV/ HVL1.9 mm Al的水平束、照射野在1 m处为φ=150 mm的辐照条件下进行测量，确定一个空气比释动能实际值，用公式换算到水中吸收剂量，再将TLD在相同条件下等剂量辐照，用热释光测定仪读出TLD发光值。吸收剂量与发光值成正比，该比值即为TLD的校准因子[3]。

参考上海二级标准剂量学实验室(SSDL)X射线半值层与有效能量关系曲线，在60 kV/ HVL1.9 mm Al的条件下的有效能量为32 keV，与125I产生的光子综合等效能量十分接近，校准条件十分理想[4]。

在用薄窗电离室刻度LiF-TLD之前，薄窗电离室经空气比释动能(治疗水平)标准装置校准[3]。

2.3 计算方法

热释光剂量元件按IAEA技术报告TRS No.277中(10～100)kV X射线外照射治疗束水模体中吸收剂量DW的测量和计算方法进行[5]。

DW=M·Ka·NK·KB·(μen/ρ)w,air·Ku

(1)

其中，DW为在水中吸收剂量，M为剂量计测量值，Gy；Ka为空气密度修正因子；NK为空气比释动能校准因子，0.880；KB为体模背散射修正因子，实测值为1.225；(μen/ρ)w,air为水对空气的平均质量吸收系数比，1.015；Ku为能谱修正因子，值取为1。

3 吸收剂量值的修正

3.1 辐射场几何条件修正

本实验初步对辐射场几何条件的修正方法进行了研究，并作了修正。

125I放射性粒子源竖放，使TLD与中心点连线夹角为90°，基于点源的分布模式对TLD体积用积分计算进行修正。

a)DW与距离D衰减修正，不考虑吸收，点放射源产生的射线在空间的衰减应满足距离平方的反比，即：

DW=A·Г /D2

(2)

其中，A为放射源活度，Bq； Г为该核素的剂量率常数；D为测量点到放射源的距离，cm。

单能γ射线在水中的吸收应满足指数率减，即：

DW=DW0· e-γ · D

(3)

λ为水对γ射线的率减系数；DW0为没有水时的剂量，Gy。

因此，DW与距离D衰减理论上应符合：

DW=A·Г· e-λ · D/D2

(4)

在实际测量中，因各种因素的共同作用，其测量结果可能并不符合上述(4)式，因此，需要测量进行数据拟合。

b) 几何条件修正：TLD所受到的总剂量可通过积分获得。设计水中吸收剂量距离衰减公式D(x)为：

(5)

其中，Г、λ同公式2

A为经距离衰减计算后的活度，Bq；r为TLD的半径，cm；d为TLD到125I放射性粒子源的距离，cm。

3.2 种子源的形状条件修正

125I放射性粒子源为棒状，与点源的剂量分布有差异。因此，也需对125I放射性粒子源进行形状条件修正。

按公式(4)的衰减规律，将粒子源的放射性分布视为线性均匀分布，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为经距离衰减计算后的活度，Bq；r为125I放射性粒子源横截面的半径，cm；l为125I放射性粒子源的长度，cm。

3.3 修正后的数值计算

考虑了辐射场的几何条件修正和放射源的形状条件修正之后，最终得到的计算方法为：

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为125I放射性粒子源的几何修正因子；F为TLD的几何修正因子。

4 结果与讨论

测得的125I放射性粒子源的水中吸收剂量率的实测值与经修正后的数值列于表1。

修正结果表明：TLD元件到125I放射性粒子源距离越近，TLD元件体积的影响越大。在距离125I放射性粒子源表面5 mm处，经修正后的数值约为实测值的1.3倍。TLD元件的体积影响程度随着距离的增大而逐渐变小。在距离125I放射性粒子源40 mm处及更远处，TLD的元件体积影响和放射源的形状影响几乎可以忽略。

由此可见，几何尺寸和形状对结果有较大影响，测量结果有必要进一步修正，得到更准确的125I放射性粒子源在水中的吸收剂量值,这对模拟其在临床治疗中对肿瘤部位的剂量分布及种子源的植入定位具有一定的指导意义。

表1 125I放射性粒子源的水中吸收剂量率的实测值与修正值比较Table 1 Compare the original value with the modified value (the absorbed doserate to water from 125I seed sources)

参考文献：

[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] 杨瑞杰,张红志,王俊杰. 放射性粒子源组织间永久性植入的物理学特性[J]. 中国肿瘤临床与康复, 2008，6:566-568.

[3] 滕婧静.125I密封籽源水中吸收剂量分布的测量[J].上海计量测试,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] 全国核能标准化技术委员会. GB/T 12162.1-2000 idtISO 4037-1:1996. 用于校准计量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射 第一部分：辐射特性及产生方法[S].北京：中国标准出版社,2000.

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