碘-125粒子源径向与轴向剂量分布的实验分析

张文艺 刘忠超 阮书州 樊赛军 焦 玲

（中国医学科学院放射医学研究所 天津分子核医学重点实验室 天津 300192）

碘-125粒子源组织间植入放射治疗是将其植入肿瘤组织中治疗癌症的一种方法。因为碘-125粒子源发射的伽马射线能量低，有效放射半径较小，对正常组织的损伤小，十几年来被广泛用于恶性肿瘤的治疗[1]，国内碘-125粒子源组织间植入治疗越来越广泛[2−3]。不仅用于治疗前列腺癌、肺癌、肝癌等实体瘤，还应用于食道、胆管等管腔癌症的临床治疗[4−5]。由于粒子源的剂量学参数会影响治疗效果[6–8]，因此在临床使用粒子源近距离治疗之前，应当对粒子源的剂量学参数进行严格确定；另一方面，由于气管、食道、胰腺等管腔结构的特点，粒子源植入治疗管腔肿瘤时，剂量分布及其对肿瘤组织、管腔及腔外组织的作用和影响，与肺癌等实体肿瘤不同，目前这些方面的研究也很少。本文用热释光剂量计(Thermoluminescent Dosimeters, TLD)测量方法，在管腔组织模型中，对碘-125粒子源的轴向和径向剂量分布进行了测量和分析，为治疗管腔癌症提供实验数据和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

碘-125粒子源：天津赛德生物制药有限公司产品BT-125-l型，长度为3.0mm的全杆标记碘-125同位素的银丝内置于中央，外壳用0.05mm厚的高密度钛合金管，两边有焊点，粒子源外径0.8mm，长度 4.5mm。半衰期为 59.4d，有效治疗距离为17.0mm。出厂活度为2.59×107Bq。

TLD：因为碘-125粒子源的外径只有0.8mm，内置中央的带碘银丝长度只有3mm，因此本研究中使用了 3种 TLD：颗粒(1.0mm´1.0mm´1.0mm)TLD用来研究粒子源的轴向剂量分布；很薄的方片(3.2mm´3.2mm´0.2mm)用于 3mm 之内的径向剂量分布研究；与粒子源形状相似的玻璃管剂量计(f1.0mm´5.3mm)则用来研究 3–30mm 之间的径向剂量分布。颗粒和方片TLD是解放军防化兵研究院的产品，玻璃管TLD是放射医学研究所自行研制的产品。

TLD测量仪：使用北京核仪器厂生产的FJ-427A1型TLD测量仪对实验中的剂量计进行测读。测量条件为：T1=140°C，测量 10s；T2=240°C，测量20s。

体模等效材料：根据国际辐射单位与测量委员会ICRU 44号报告中建议的软组织中不同元素的含量比，利用组织等效材料，自行研制了管腔和肌肉组织的体模，主要成分为有机玻璃[9]。成人肝外胆管的内径为8.5–10.0 mm[10]，成人食道管腔的内径约20.0 mm[11]，所以制作的胆管组织等效模型的管腔内径为 10.0mm，食道组织等效模型的管腔内径为20.0mm。以管腔模型的中心为圆点，在0°、90°、180°、270°等 4 个轴向上等距离(5.0mm)，45°、135°、225°、315°等4个中分方向上等距离(7.1mm)各加工4个直径1.0mm的玻璃管TLD放置圆孔。图1是胆管模型以及TLD放置示意图。

表2 方片、颗粒和玻璃管TLD的线性Table 2 Linear calibration factor KL of flakes, grain and glass TLD

表2 方片、颗粒和玻璃管TLD的线性Table 2 Linear calibration factor KL of flakes, grain and glass TLD

辐射能量Radiation Energy / keV线性校准因数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 结果与讨论

图1 胆管腔体模型及TLD布放示意图Fig.1 Cavity phantom and TLD distribution diagram.

1.2 方法

能量响应：碘-125粒子源释放的 γ线能量在27–35keV范围内，因此选用中国原子能科学研究院计量站33 keV、65 keV和83keV的X射线和59.5keV的Am-241 γ射线，对置于体模上的TLD方片、颗粒和玻璃管照射 1mGy。每组 TLD含 5片样品。

线性：选用中国原子能科学研究院计量站的Am-241 γ射线，对置于体模上的TLD方片、颗粒和玻璃管分别照射 0.575 mGy、1.000 mGy和1.500mGy。每组TLD含5片样品。

用热释光测量仪测量3种TLD受到不同剂量照射后的计数，计算每组5个样品的平均值和标准偏差，其能量响应结果列于表1中。测量受到59.5keV的Am-241 γ射线不同照射的各组TLD，通过线性回归，推算得到不同TLD对Am-241 γ射线的剂量响应，其结果列在表2中。并由此推算出3种TLD受到粒子源照射时的剂量响应。

表1 方片、颗粒和玻璃管TLD的能量响应Table 1 Energy response of flakes, grain and glass TLD

表1 方片、颗粒和玻璃管TLD的能量响应Table 1 Energy response of flakes, grain and glass TLD

辐射Radiation 能量响应Energy response Ken / mGy−1类型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

能量响应和线性：方片、颗粒以及玻璃管TLD的能量响应和线性结果分别列在表1和表2中，3种TLD探测器对33 keV、65 keV和83keV的X射线和能量为59.5keV的Am-241 γ射线的响应结果十分理想，相对标准偏差均小于10%。 对于Am-241 γ射线标准源，3种 TLD的剂量响应分别为710mGy−1、362mGy−1和 1182mGy−1。因为碘-125粒子源的能量范围为27–35keV，与能量33keV的X射线相近，因此，可以假定碘-125粒子源的辐射特性与33keV X射线的一致，用同一批粒子源分别照射3种TLD，照射时间分别为5 min、10 min和15min，然后测量各探测器的剂量结果、通过线性回归，计算出3种TLD对碘-125粒子源的剂量响应分别为 1037mGy−1、508 mGy−1和 1528 mGy−1。

碘-125粒子源的各向异性：先将32个玻璃管TLD插入图1中的小孔中，随机取一粒碘-125粒子源，插入中心孔，根据预试验结果，选取照射时间为10min，然后测量玻璃管TLD的计数。同一颗粒子源重复照射、测量3次。随机选取同一批次的其它2颗粒子源依次重复上述实验过程。根据不同探测器的TL计数和剂量响应刻度系数，推算出不同测量点的剂量。

如图1所示，4个轴方向上，TLD距离粒子源轴心距离分别是 5.0 mm、10.0 mm、15.0 mm 和20.0mm，而在4个中分线方向上，TLD距离粒子源轴心距离则分别是7.1 mm、14.1 mm、21.2 mm和 28.3mm。每次照射后，以粒子源轴心为圆心，5.0 mm、7.1 mm、10.0 mm、14.1mm等为半径的同心圆上都有4个TLD，3次照射，其剂量的平均值如表3所示。结果表明，与粒子源的径向距离大于等于5.0mm处的剂量的相对标准偏差均小于10%，而且3颗粒子源的一致性很好。另外，从表3可以看出，距离轴心20.0mm以上位置，受到粒子源辐射的影响很小。

粒子源的径向剂量分布：在管腔模型中，将16枚3.2mm×3.2mm×0.2mm的TLD方片按编号依次重叠，随机选一颗粒子源，将其直接放在第一片TLD上面，照射10min，取走粒子源，然后依次测量方片。不同编号的方片分别代表粒子源径向0mm、0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm、……、3.0mm的距离，重复照射5次。剂量分布(见表3)结果表明，距离粒子源表面1.0mm以上的组织，5次重复测量，其剂量的相对标准偏差均低于10%，明显好于粒子源表面0.6mm之内的测量结果。主要原因可能是距离的准确性，由于每次照射时放置粒子源的位置不完全相同，粒子源的长度为4.5mm，方片TLD的宽度为3.2mm，对角线为4.8mm，每次照射时，粒子源沿对角线方向放置，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离了中心轴线以及非点源效应。

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

表4 碘-125粒子源的径向剂量分布Table 4 Radial dose distribution of Iodine-125 seed.

因为粒子源直径为0.8mm，所以从轴心碘棒到源表面距离为0.4mm。综合以上结果，从距离粒子源中心轴 0.4−28.28mm 的径向剂量分布表示于图2。从结果可以看出，与轴心距离2.8mm时，其剂量约是源表面的10%；10mm时，约为1%；28mm时，约为0.1%。虽然粒子源表面剂量很高，但径向距离增加时剂量迅速减小。

图2 碘-125粒子源的径向剂量分布Fig.2 Radial dose distribution of I-125 seed.

粒子源的轴向剂量分布：在管腔模型中，首先将15粒1.0mm×1.0mm×1.0mm的TLD颗粒按编号依次排列整齐，长度15mm，仍使用同一颗碘-125粒子源，将其直接放在TLD颗粒中心位置上面，粒子源轴向与TLD排列一致。照射10min后，取走粒子源，然后依次测量颗粒的计数。

3次实验结果如图3所示。本实验中使用的粒子源是把渗过碘-125的f0.5mm×3.0mm 银棒密封在直径0.8mm、长4.5mm、壁厚0.05mm的钛管中焊接而成，颗粒TLD边长1mm，因此照射时粒子源有可能与5颗TLD直接接触，而其中的3颗或4颗与渗碘银棒距离最近。从图3可以看出，有三颗TLD剂量比较高；峰左边4个点和右边6个点所表示的TLD颗粒的受照剂量都比较低，且都小于最高剂量值的10%；离粒子源中心5mm以上的TLD颗粒，辐射剂量水平均低于中心处的5%。

三次照射，全部15个TLD的受照剂量总和分别为242 mGy、264 mGy、305 mGy，相对标准偏差为11.8%。该结果的原因之一是颗粒TLD很小，每次照射时其排列的紧密程度可能略有差异；从图 3还可以看到，第三次测量中，第8颗TLD的剂量高于其它两次，而且第三次照射的总剂量也高于前两次，可能的主要原因是粒子源内部的碘棒偏离了轴心位置，导致该碘-125粒子源轴向剂量分布的相对标准偏差高于10%。

治疗管腔癌所用粒子源的表面活度范围为(1.11–3.7)×107Bq，根治性治疗通常需要剂量为60–70Gy，所需时间6–7星期，根据肿瘤的长度和TPS计划，按不同的分布将多颗粒子源植入到管腔的预定部位。本实验中使用的粒子源表面活度为2.59×107Bq，在治疗管腔癌症最常用。通过对单颗粒子源短时间内在管腔内的剂量分布的研究，了解粒子源的物理特性的剂量参数，在粒子源临床植入治疗中，根据肿瘤组织的大小和TPS计划，合理布放粒子源[9]，避免实际受照剂量与处方剂量的偏离。

图3 碘-125粒子源的轴向剂量分布Fig.3 Axial dose distribution of I-125 seed.

3 结语

本研究中通过中国原子能科学研究院能量33keV、65 keV和83keV的X射线、59.5 keV的Am-241γ射线标准源，对方片、颗粒和玻璃管TLD进行了能量响应刻度和线性标定。实验结果表明，所用的天津赛德生物公司的碘-125粒子源一致性很好；其径向和轴向的剂量分布结果表明了碘-125粒子源剂量分布的非均匀性，所以应及时对粒子源的物理参数和剂量学特性进行研究。临床治疗时，需根据病患部位的具体情况和粒子源的各向异性参数，对TPS进行修正，以准确合理地布放不同种类、活度的粒子源，保证临床治疗的质量。

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