钴源后装机源强度实验测量*与蒙特卡罗模拟计算的比较研究

袁继龙 马 桥 何志坚 薛 娴 程金生*

随着临床放射治疗的不断发展，近些年后装机近距离放射治疗越来越多地应用于临床放射治疗，或配合远距离放射治疗进行辐射剂量加强治疗，或单独进行适应证放射治疗，而且随着技术的发展、管理的需要及经济成本的考虑，相比后装铱源，目前后装钴源可以加工成后装铱源尺寸等级，两者的临床适用性和辐射生物效应相近，而且钴源半衰期长，不需要经常换源，在管理和经济成本方面有很大优势，只是后装钴源伽马射线平均能量为1.25 MeV，高于铱源的0.397 MeV的平均能量，在设备及应用场所辐射防护方面需要特别注意[1-3]。根据国内外的标准规范，后装机源强度的测量是钴源后装机质量控制中重要的一项，直接和临床放射治疗剂量的准确性相关。

近年来，德国、瑞典均推出了钴源后装机进行临床放射治疗，中国核动力研究院也推出新型钴源后装机，国内已有30余台在用，而国内临床放射治疗使用的型号为GZP3型，国外制造的钴源后装机的源强度测量及基于蒙特卡罗模拟的剂量学研究报道很多[4-6]。但国产的GZP3型钴源后装机仅在国内进行临床放射治疗使用，其剂量学研究报道主要基于蒙特卡罗模拟计算和国外制造型号的钴源后装机进行比对研究，缺乏直接源强度测量验证[7-9]。因此，不便于日常开展钴源后装机的质量控制，本研究针对国产GZP3型与德国Co0.A86型钴源后装机源空气比释动能强度实验测量与蒙特卡罗模拟计算进行比较研究。

1 材料与方法

1.1 设备与材料

GZP3型钴源后装机(中国核动力设计研究院)；BEBIG钴源后装机(德国E&Z BIBIG公司)；井型电离室测量系统(1套德国PTW公司，1套美国Standard Imaging公司)；EGSnrc蒙特卡罗模拟程序工具包(加拿大国家研究中心开发)。

表1 实验测量和蒙特卡罗模拟计算结果比较

1.2 研究方法

分别采用基于井型电离室的实验测量源空气比释动能强度和基于EGSnrc中FLURZnrc模块进行蒙特卡罗模拟计算单位源空气比释动能强度的方法，针对国产GZP3型与进口Co0.A86型钴源后装机的源空气比释动能强度进行比较研究。

1.3 实验测量

GZP3型钴源后装机需实验测量3个通道，分别对应3颗钴源，1#、2#通道为固定出源长度的通道，3#通道为步进通道，3颗钴源的源强度不同，需要逐一测量；而1#、2#通道的源强度相差甚微，3#通道的源强度在3颗源中最大。本研究实验使用PTW井型电离室及UNIDOS E测量主机，测量GZP3型后装机钴源空气比释动能强度，这套测量系统在德国PTW标准剂量学实验室进行的医用后装钴源空气比释动能强度校准因子传递，测量时将3颗源分别导入井型电离室最佳测量位置，收集电离电荷3次求平均值，经过源强校准因子、温度气压及电离电荷复合率的校正后计算源空气比释动能强度[10]。

Co0.A86型后装机只有1颗钴源，不固定通道，使用Standard Imaging的HDR1000PLUS井型电离室和MAX4000测量主机进行实验测量，这套测量系统在美国威斯康辛标准剂量学实验室进行的医用后装铱源空气比释动能强度校准因子传递，测量钴源强度时，井型电离室的铱源和钴源空气比释动能强度转换因子kQ=1.05[11]。其余测量计算方法同GZP3型钴源强度的处理方式保持一致。

1.4 蒙特卡罗模拟计算

GZP3型钴源后装机放射源外观尺寸为Φ1.5 mm×3.5 mm，钴源中心活性区尺寸为Φ1.0 mm×2.0 mm，活性区外为不锈钢材料包裹。蒙特卡罗模型中，放射源为线源，按照美国AAPM TG43报告及其升级报告中的医用后装机放射源的剂量学模型进行建模，GZP3型钴源后装机的放射源，共3颗强度不同的钴放射源，1颗可以步进控制源位置，另外2颗为固定出源长度，源构造相同，差别只是步进源紧靠源辫前端，固定离源辫前端有一定距离，两者的差异会造成射线的散射不同，因此，对应的剂量学参数不同，这些源几何结构差异会造成辐射剂量分布不同。

Co0.A86型钴源后装机放射源外观尺寸为Φ1.0 mm×5.0 mm，钴源中心活性区尺寸为Φ0.6 mm×3.5 mm，活性区和最外层不锈钢包壳之间有0.1 mm空气层[12]。蒙特卡罗模型建立和GZP3型钴源处理方式一致。

蒙特卡罗模拟计算研究采用EGSnrc软件[13]由加拿大国家研究院提供，分别对两种型号的钴源采用FLURZnrc模块进行源通量的计算，根据文献[14]提供的计算方法计算源单位空气比释动能强度。

2 结果

在实验测量和蒙特卡罗模拟计算中，其源标称活度值根据钴源提供商的密封源放射检验证书的总活度值，结合测量钴源后装机的放射治疗计划系统中对应通道的源当前活度进行复核推算所得，Sk为源空气比释动能强度，偏差以测量值为基准进行计算，其结果见表1。

3 讨论

源空气比释动能强度是目前表示医用后装机放射源强度的一种方式，其精确度可以控制在±3%之内，而源外观活度的正常控制范围为±5%，国际相关规范无论是美国AAPM TG56、欧洲ESTRO booklet 8以及国际原子能机构IAEA-TEC-1274均推荐使用空气比释动能强度表示源强度，其原因如下。

(1)由于医用后装源均为密封源，源外射线强度是裸源经过源包壳的衰减和散射，和裸源的射线强度有很大差异，目前推荐的源外观活度的计算，均需要源空气比释动能与源活度的转换因子进行计算[10]。不确定度进一步叠加传递，使源外观活度不确定度大于源空气比释动能强度。

(2)源空气比释动能与源活度转换因子的值和源的几何结构及包壳材料有很大关系，不同放射源生产商的放射源的结构和包壳材料不同，表1的“模拟计算的单位源活度空气比释动能因子Sk/A”一列可显示出此差异，因此如标准所示针对同一种核素的放射源，采用单一源空气比释动能和源活度转换因子，会使基于测量计算出的源外观活度的不确定度增加，影响临床放射治疗剂量的计算，因此表1中，基于蒙特卡罗模型计算出的转换因子更客观反映出后装放射源的剂量学差异，可以进一步提高相关剂量计算的精确度。

(3)源空气比释动能强度值可以直接测量获得，国外标准实验室已经建立了医用后装源的井型电离室源空气比释动能强度校准体系，在k=2条件下，不确定度可以控制在3%之内，用源空气比释动能强度表示源强度可以有效保证临床剂量计算精度[15-17]。蒙特卡罗模拟计算得到的源空气比释动能与源外观活度转换因子与新颁布的国家卫生行业标准WS262-2017[10]中提供的因子有所差异，但是经实验测量验证，蒙特卡罗模拟结果能更好的符合测量值，这个差异需要在临床应用及质控时注意。

(4)实验测量采用两套井型电离室系统，一套直接进行了钴源空气比释动能强度因子校准后开展测量，另一套采用铱源空气比释动能强度因子校准后结合文献[11]提供的转换因子开展测量，由于校准源不同，后者的测量结果不确定度大于前者1%，明确此类差异，方便根据工作需要选择井型电离室的校准源，其他如井型电离室施源器等因素对测量结果的不确定度影响需要进一步研究。

4 结语

通过剂量学比较研究，基于蒙特卡罗模拟计算[18]单位源活度空气比释动能强度因子可应用于钴源后装机质量控制检测工作中，可以提高测量准确度，本研究建立的两种型号的后装机钴源蒙特卡罗模型，可以在开展相关临床剂量学研究中应用。

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