放射性125I粒子源在肝组织中的照射剂量分布

安梦林，强永刚，廖永华，向湘

(广州医科大学基础学院，广州510182)



放射性125I粒子源在肝组织中的照射剂量分布

安梦林，强永刚，廖永华，向湘

(广州医科大学基础学院，广州510182)

目的 探讨放射性125I粒子源在肝组织中的剂量分布特征，为其临床近距离放射治疗提供参考。方法 采用热释光剂量学方法，通过“米”字形空间布放LiF(Mg，Cu，P)型热释光剂量元件，分析热释光剂量元件受照射后的吸收剂量(X)与热释光剂量仪读数(Y)的关系，观察放射性125I粒子源在肝组织中轴向、径向及4个中分线方向上的辐照吸收剂量变化及剂量场分布。结果 热释光剂量仪读数与热释光剂量元件受照射后的吸收剂量呈线性关系，线性回归方程为Y=0.134 2X-0.014 7(R2=0.999，P<0.01)。放射性125I粒子源在轴向、径向、中分线方向上的剂量均随离源距离的增加呈快速衰减，中心剂量热区的场分布呈“苹果”状影像，有逐渐向椭圆形趋变的趋势。受照射角度的不同，等距离位点上吸收剂量大小各异，径向剂量>中分线方向剂量>轴向剂量。结论 放射性125I粒子源在肝组织中的剂量分布具有不均匀性，其剂量场呈类似“苹果”形分布，呈剂量凹陷区和剂量凸起分布特征。

125I粒子源；热释光剂量元件；肝组织；照射剂量分布

目前，国内外已将放射性125I粒子源的组织间植入作为肿瘤放射治疗的常用手段之一[1～3]。放射性125I粒子具有释放射线能量低，有效射程半径小，植入机体后对正常组织损伤小等优点，已在肿瘤近距离放射治疗中广泛应用[4～9]。但目前对放射性125I粒子源在组织中的剂量场分布特征尚未完全清楚，相关报道亦较少。LiF(Mg，Cu，P)型热释光剂量元件(TLD)因其敏感性高、能量依赖性低、剂量线性区域宽、稳定性好等优点，在临床与基础医学中广泛用于测量放射性粒子源的组织累积吸收剂量[10～13]。2015年9月～2016年3月，本研究采用热释光剂量学方法，观察放射性125I粒子源在肝组织中的剂量分布特征，为其临床近距离放射治疗提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料 成年猪肝组织约1 kg。TLD-2000C型热释光探测器，购自北京康科洛电子有限公司。BT-125-1型125I粒子，购自天津赛德生物制药有限公司。RGD-3B型热释光剂量仪，购自北京防化研究院。TLD-2000B型远红外线精密退火炉，北京康科洛电子有限公司。FLA-5100型化学发光/生物发光成像系统，日本富士集团。辐射能量为33、65 KeV的X射线及辐射能量为59.5 KeV的241Am γ射线，由中国原子能科学研究院计量站提供。

1.2 热释光剂量元件受照射剂量换算125I粒子源释放的γ射线能量为27～35 KeV[14，15]。随机抽取完全退火的TLD-2000C型热释光探测器圆片60片(分为6组，每组10片)，随机取5组用0.2 mGy/min的33 KeV X射线分别给予0.10、0.25、0.50、1.00、2.00 mGy照射，剩余1组用于测量TLD本底剂量。照射后用RGD-3B型热释光剂量仪测量，将测量结果输入SPSS12.0统计软件，分析TLD剂量元件受照射后的吸收剂量(X)与RGD-3B型热释光剂量仪读数(Y)的关系，用于后续实验中热释光剂量元件受照剂量的换算。

1.3 TLD探测器能量响应 在同一批热释光剂量探测器(TLD-2000C型圆片)中随机抽取90片，分成A、B、C三组。A组：33 KeV的X射线给予1.0 mSv剂量照射；B组：65 KeV的X射线给予1.0 mSv剂量照射；C组：59.5 KeV的241Am γ射线给予1.0 mSv剂量照射；均在中国原子能科学研究院计量站完成。观察各射线在TLD探测器中的剂量读数及分散度。

1.4 猪肝组织TLD探测器元件布放 参考国内外125I粒子源剂量分布的相关研究[16，17]，采用“米”字形空间布放方式。将125I粒子源置于经特殊处理的组织块中心，分别沿粒子源长轴0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°方向依次等间距置入热释光探测器元件，轴向、径向、中分线方向的间距依次为5、5、7.07 mm。如图1所示。将冷藏定型后的猪肝组织5 mm厚切片，将单个肝组织切片有序叠放，即可实现对125I粒子源在成年猪肝组织中剂量分布的间距梯度测量。粒子源轴向剂量分布测量：在肝组织模型中将用聚丙烯薄膜包裹的热释光剂量元件按编号依次等距离包埋入肝组织，探测器圆片中心到125I粒子源轴心间距依次为5、10、15、20 mm。完成包埋后在中心特定位置植入125I粒子源，使粒子源轴向与TLD排列保持一致，照射时长10 min，移除粒子源，按编号依次测量探测器元件，重复照射5次。采用相同方式测量粒子源在径向及中分线方向的剂量分布。

图1 猪肝组织中125I粒子源及TLD布放示意图

1.5 猪肝组织中125I粒子源剂量场分布观察 利用放射性核素的核射线可使磷屏中光敏物质感光，继而形成潜影，经显影和定影可形成图像。首先将磷屏曝光前天然本底照射形成的背景噪声擦除，然后将植入放射性125I粒子源的肝组织移入曝光盒，使磷屏曝光面正对组织样品，关闭盒盖曝光，曝光时长为10 min，调暗室内照明亮度(低于20 luxes)，取出辐照后的磷屏，采用FLA-5100型多功能扫描成像仪扫描，即可得到肝组织放射性125I粒子源的剂量场分布图像。

2 结果

2.1 热释光剂量探测器的剂量换算及能量响应 对给予33 KeV的X射线标准能量梯度照射后，热释光剂量元件读数与其受照射剂量呈线性关系，线性回归方程为Y=0.134 2X-0.014 7(R2=0.999，P<0.01)。热释光剂量探测器的能量响应见表1。

表1 TLD-2000C型热释光探测器的能量响应

2.2 猪肝组织中125I粒子源的剂量分布特征

2.2.1 轴向累积剂量分布 热释光剂量元件圆心与125I粒子源轴心所成夹角为θ。在125I粒子源轴向上，在距离轴心5～10 mm处，其轴向剂量的分布均呈锐减趋势；在距离轴心10～20 mm处随间距的增大，其轴向剂量的减小趋势逐渐变缓，符合辐射点源剂量分布的“距离反平方定律”。见表2。

2.2.2 径向累积剂量分布125I粒子源的径向剂量随热释光剂量元件圆心到粒子源长轴距离地增加呈快速衰减状态。在5～30 mm距离梯度区间，热释光探测器吸收剂量的相对标准偏差均未超过10%。见表3。

表2 猪肝组织中125I粒子源轴向累积剂量分布(t=10 min)

表3 猪肝组织中125I粒子源肝组织径向累积剂量分布(t=10 min)

2.2.3 中分线累积剂量分布 在4个中分线方向上，等距离位置上放置的热释光探测器吸收剂量较为接近，吸收剂量的相对标准偏差均小于10%。随着热释光剂量元件圆心到粒子源轴心距离的增加，热释光剂量元件的吸收剂量呈迅速递减趋势。见表4。

表4 猪肝组织中125I粒子源4个中分线上累积剂量分布(t=10 min)

2.3 猪肝组织中125I粒子源剂量场分布特征 放射性125I粒子源的射线能量主要集中于近轴心区域，在粒子长轴、短轴两侧均为非对称性分布；随着到圆心距离的增加，粒子源的剂量浓集度快速衰减，越靠近磷屏边界颜色越浅、分散程度越大；随着粒子源的不断衰变，其剂量浓集影边界逐渐变得模糊，中心剂量热区的场分布呈“苹果”状影像，有逐渐向椭圆形趋变的趋势。见插页Ⅰ图2。

3 讨论

近距离放射治疗包括腔内照射、组织间照射及术中置管照射等。早期近距离治疗的粒子源均为高能量的226Ra、60Co等，穿透力强，可损伤肿瘤周边正常组织，对患者生存质量影响较大，而且医务人员受到的辐照剂量较大，从而限制了其临床应用。1965年低能量的125I粒子首次在美国斯隆-凯特琳癌症中心使用，并取得了较好效果，为125I粒子源近距离照射治疗的临床应用奠定了基础[18]。本研究通过测量单颗125I粒子源在猪肝组织中的剂量分布特征，模拟在人体内放射性125I粒子源植入治疗的剂量分布特点，旨在为临床放射性125I粒子源近距离植入治疗提供科学的剂量依据和直观的靶区辐射影像依据。

本研究发现，对33、65 KeV的标准X射线源和59.5 KeV的标准γ射线源，TLD-2000C型圆片的响应一致性良好，对照射剂量的响应重复性良好。故在进行125I粒子源的剂量分布测量时，选用33 KeV的X射线。

本研究采用“米”字形空间布放的方式植入热释光探测器元件，使测得的粒子源剂量数据与放射性粒子源的剂量分布规律相符合。当θ=0°或180°，探测器元件圆心到轴心间距分别为5、10、15、20 mm时，在相同条件下经5次重复照射，测量结果的相对标准偏差均小于10%，说明该研究设计对125I粒子源在猪肝组织中的轴向剂量分布特征的准确性与重复性均较好，用此法测量肝组织中125I粒子源的轴向剂量分布切实可行。而在轴向、径向与中分线方向的剂量分布趋势基本一致，均符合粒子源剂量衰变规律。本研究还发现，当受照射角度发生改变时，距离轴心距离相同位点上热释光剂量元件的吸收剂量数值不同，径向剂量>中分线方向剂量>轴向剂量。这与125I粒子源的几何结构有关，本研究所用的125I粒子几何结构为棒状，近距离测量粒子的剂量分布时，不能忽略其体积大小带来的影响，而简单视作点状源，其棒状结构特性导致125I粒子源活度和排列不均匀，故出现以上研究结果。因此，行放射性125I粒子源植入治疗时，应根据粒子源到照射靶区域的距离充分考虑其几何结构对被照射靶组织的影响。125I粒子源的剂量场分布为类似“苹果”形状的场分布，并呈剂量凹陷区和剂量凸起分布特征。故在进行放射性125I粒子源植入治疗时，考虑125I粒子源的植入角度及邻近粒子辐射剂量相互作用的关系是十分必要的[19～22]。随着粒子源的不断衰变，其剂量浓集影边界逐渐变得模糊，中心剂量热区的场分布“苹果”状影像成逐渐向椭圆形改变趋势。通过磷屏成像实验，可为放射性125I粒子源的活度衰变趋势提供直观的影像参考。

综上所述，放射性125I粒子源在猪肝组织中的剂量分布不均匀，其剂量场呈类似“苹果”形分布，呈剂量凹陷区和剂量凸起分布特征，这为临床放射性125I粒子源植入治疗计划的制定与修正提供了剂量分布参考。

[1] 王俊杰，黄毅，冉维强，等.放射性粒子组织间种植治疗肿瘤近期疗效[J].中国微创外科杂志，2003，3(2)：148-149.

[2] 王俊杰，冉维强，袁惠书，等.放射性125I粒子植入治疗头颈部肿瘤[J].中华放射医学与防护杂志，2006，26(1)：23-26.

[3] Chen Y, Wang XL, Yan ZP, et al. The use of125I seed strands for intraluminal brachytherapy of malignant obstructive jaundice[J]. Cancer Biother Radiopharm, 2012,27(5):317-323.

[4] Anagnostopoulos G, Baltas D, Karaiskos P, et al. Thermoluminescent dosimetry of the select seed125I interstial brachytherapy seed[J]. Med Phys, 2002,29(5):709-716.

[5] Lymperopoul G, Papagiannis P, Sakelliou L, et al. Monte carlo and thermoluminescent dosimetry of the new Isoseed model 125.S17125I interstitial brachytherapy seed[J]. Med Phys, 2005,32(11):3313-3317.

[6] Schwarz SB, Thon N, Nikolajek K, et al. Iodine-125 brachytherapy for brain tumours--a review[J]. Radiat Oncol, 2011(7):30.

[7] Chen Y, Luo KY, Li YX. Advances in permanent ～(125)I seed implantation for colorectal liver metastases[J]. World Chin J Digestol, 2009,17(32):3324-3327.

[8] Jones D, Washington JT, Christopherson DA. Comments on "Dosimetry of interstitial brachytherapy sources: recommendations of the AAPM radiation therapy committee task group No.43[J]. Med Phys, 1995,22(8):1349-1351.

[9] Wang DD, Cao XF. Dosimetry of125I and 103Pd radioactive seeds implantation in therapy of liver cancer[J]. Chin J Cancer, 2011,18(3):229-232.

[10] Tang K, Cui H, Zhu H, et al. Study of a new Lif: Mg,Cu,P formulation with enhanced thermal stability and a lower residual TL signal[J]. Radiat Meas, 2007,42(1):24-28.

[11] 陈立新，钟宁山.LiF(Mg，Cu，P)热释光剂量计临床剂量学特性的研究[J].中国医学物理学杂志，2001，18(3)：134-135.

[12] 王寿山.热释光剂量学的研究、现状及发展[J].核电子学与探测技术，1999，18(2)：130-139.

[13] Nakajima T. Development of a new highly sensitive LiF thermoluminescence dosimeter and its aoolication[J]. Nucl Instrum Methods,1978(157):155.

[14] 岳麓，程文英，罗伟华，等.125I籽源离体照射细胞平面剂量率分布研究[J].中华放射肿瘤学杂志，2005，14(5)：435-438.

[15] Rivard MJ, Coursey BM, DeWard LA, et al. Update of AAPM task group No.43 report: a revised AAPM protocol for brachytherapy dose calculations[J]. Med Phys, 2004,31(3):633-674.

[16] 苑淑渝，王道平，戴光复，等.放射性125I粒籽源的剂量分布[J].中华放射医学与防护杂志，2006，26(6)：607-608.

[17] 何佳恒，张华明，王静，等.125I种子源的剂量场分布研究[J].辐射防护通讯，2012，32(1)：36-38.

[18] 李沈峪.近距离放疗发展简史[J].实用肿瘤学杂志，1991，5(1)：79-80.

[19] 张文艺，刘忠超，阮书州，等.碘-125粒子源径向与轴向剂量分布的实验分析[J].核技术，2014，37(4)：24-28.

[20] 张梦龙，宋善军，王卫鹏，等.热释光剂量仪测量体模植入125I粒子源的剂量学参数可行性[J].中华放射肿瘤学杂志，2014，23(2)：165-168.

[21] 王钰琦，张锦明，周乃康，等.169Yb粒子源瘤内植入治疗荷胶瘤裸鼠[J].中国组织工程研究，2007,11(16)：3043-3046.

[22] 尹岚，陈铀，郭萍.β-粒子源内照射治疗肿瘤的吸收剂量研究[J].数理医药学杂志，2014，27(2)：138-140.

Dose distribution of125I source in the liver tissues

ANMenglin,QIANGYonggang,LIAOYonghua,XIANGXiang

(BasicMedicalSchoolofGuangzhouMedicalUniversity,Guangzhou510182,China)

Objective To investigate the dose distribution characteristics of radioactive125I particle source in liver tissues and provide a reference for the brachytherapy dose calculations. Methods We applied the method of thermoluminescence dosimetry and used "M" glyph space to implant LiF (Mg, Cu, P). The relationships between the exposure dose (X) of the thermoluminescence dose element and the measured data (Y) were analyzed. Then, we measured and calculated the radiation absorbed dose changes and field distribution of125I radioactive particle sources in the liver tissues of the axial, radial and the four-point directions of the line. Results The reading of thermoluminescent dosimeter (Y) had linear relationship with the exposure dose (X). The linear regression equation was Y=0.134 2X-0.014 7 (R2=0.999,P<0.01). With the increase of the distance from the source, the dose of125I particle source in axial, radial and middle line showed a rapid decreasing tendency. According to different angles, the absorbed dose of equidistance locus were different, the radial dose >dose in middle line direction >the axial dose. Conclusion The dose distribution of125I particle source in liver tissues was uneven, and the dose distribution is similar to the "apple" shape with dose sag area and dose bump area distribution characteristics.

125I particle source; thermoluminescent dosimeter; liver tissues; dose and field distribution

国家自然科学基金资助项目(81071152)。

安梦林(1991-)，男，硕士，研究方向为放射治疗剂量学与肿瘤核医学。E-mail： anmenglin91@163.com

简介：强永刚(1957-)，男，教授，研究方向为肺肿瘤靶向放射显影与核素生物效应。E-mail： yonggangqiang@21cn.com

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.40.003

R815

A

1002-266X(2016)40-0009-04

2016-03-10)