125I密封籽源水中吸收剂量分布的测量

/上海市计量测试技术研究院

0 引言

目前在国内肿瘤治疗领域，已将125I密封籽源腔内放射治疗作为肿瘤治疗的常用手段之一。125I密封籽源的源芯为含有放射性核素125I的钯（银）丝，包壳为激光密封的钛合金管。125I放射性核素半衰期为60.1 d，通过衰变过程中7%经电子俘获（Electron Capture）变成125Te的激发态，同时释放35.5 keV的γ射线返回基态，而93%衰变过程以内转换过程(Internal Conversion)释放27～35 keV特征辐射X射线和电子线，电子由密封籽源的钛合金壁所吸收，光子主要发射27.4 keV和31.4 keV的X 射线，同时籽源芯内钯（银）被激活后也可以发射21.2 keV和23.9 keV的荧光X射线。部分低于5 keV低能辐射被钛壳吸收，因此125I具有复杂的衰变特性。

这种放射性籽源的特点是光子能量低，穿透距离较短，不需要特殊的防护,但也可能引起被治疗部位受辐照剂量不足而影响治疗效果。因此，临床治疗时需要精确种植籽源，确保吸收剂量准确性和剂量分布合理、有效，这对于提高疗效具有重要意义。

由于人体组织的主要成分近似于水，所以通常是以水中吸收剂量的分布来模拟人体内的剂量分布。类似的125I密封籽源的水中吸收剂量分布的测量实验已有先例,但对于具有一定线度125I密封籽源的强度变化和空间分布梯度大的特点，进行一般性测量很难达到足够的准确度，为此进行了本项专题研究。

采用LiF热释光剂量计（以下简称TLD）在水模体中进行测量，使用薄窗电离室对TLD进行刻度，使量值可以溯源至国家中能X射线60 ～ 250 kV照射量基准。

1 材料与测量仪器

1.1 125I密封籽源

采用上海欣科医药有限公司提供的125I籽源。外包壳材料钛管外径0.8 mm、长度4.5 mm、壁厚0.05 mm，内核材料钯（银）丝尺寸 φ0.5×3 mm，钯（银）丝表面镀有125I核素（见图1）。试验中所用的125I密封籽源总活度为 58.02 MBq（1.568 mCi，生产厂家提供）。

图1 125I密封籽源

1.2 主要测量仪器和设备

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φ4.5 mm，厚度 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PETAl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。

1.3 水模体

300 mm×300 mm×300 mm（长×宽×高）的有机玻璃水箱。

1.4 测量支架

使用特制的测量支架，由TLD元件支架、籽源支架和平台组成（见图2）。平台的材料为铝，左右两边的平台把手与支架采用尼龙材料。TLD元件支架的规格: 长50 mm，截面积3.5 mm×6 mm，在距离顶部1.5 mm处有放置TLD的圆形凹槽（直径φ4.5 mm，厚度0.8 mm）。籽源支架规格：长 50 mm，截面积3.5 mm×4 mm，支架顶部放置籽源。

平台的中心点放置125I密封籽源，其他点放置TLD。测量点分A组点和B组点。A组点布置，TLD平面都面对籽源，而距离籽源5 ～ 60 mm不等；B组点布置，各点距离籽源的位置相同，但TLD对着籽源的角度不同。籽源支架和TLD元件支架见图3，各测量点分布见图4和图5（A组点和B组点）,各点位置与角度见表1和表2。

图2 放置125I密封籽源、TLD的支架

图3 籽源支架与TLD支架示意图

表1 图4中的各点位置与角度

图4 A组点分布

图5 B组点分布

表2 图5中的各点位置与角度

2 方法

2.1 TLD的测量方法

2.1.1 TLD 的筛选

实验使用LiF-TLD作为探测器，LiF(MgCuP)具有灵敏度高、线性响应好、测量范围宽、准确度高、体积小等特点。元件筛选:元件接受137Csγ射线一定剂量辐照，由热释光读出仪读出发光值，剔除异常值后得到平均值，要求其发光值变化范围控制在平均值的±5%以内。

2.1.2 测量支架的放置和测量

将特制的测量支架放入水模体中。把已固定好125I密封籽源的支架放入平台的中心点位置。TLD用防水薄膜包覆后固定在元件盒内放在TLD元件支架中，将支架放入平台的各点位置（位置点见图4、图5）。实验采用定点定时辐照的测量方式，每次进行约2 h的辐照，取出剂量元件由热释光读出仪读测。

125I密封籽源分别以竖放和横放的两种方式置于支架中心点进行比较，TLD放置条件不变，以测量籽源的径向与横向的剂量分布。籽源竖放是指籽源轴线垂直于平台平面放置，几何中心点位于O点；横放是指籽源轴线平行于平台平面放置，长轴与A1、AB连线重合，中心点位于O点。（A1、AB、O点位置见图2、图4和图5）。

2.2 TLD 的刻度

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，用热释光读出仪读出TLD发光值。吸收剂量与发光值成正比，该比值即为TLD的刻度因子。

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，实验在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，刻度较理想。

在刻度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。

2.3 计算公式

参照IAEA技术报告TRS No.277关于10 ～ 100 kV X射线在非参考条件下电离室方法测量水中的吸收剂量DW的计算公式进行计算。

水中吸收剂量测量：

DW=M·Ka·NK·B·(μen/ρ)w,air·Ku（单位：Gy）

其中：M— 测量值；

Ka— 空气密度修正因子；

NK— 空气比释动能校准因子；

B— 体模背散射修正：实测值为 1.225；

(μen/ρ)w,air：水对空气的平均质量吸收系数比，1.014；

Ku— 能谱修正因子，对大多数情况值取为1是合理的。

3 结果与讨论

3.1 实验结果

实验测得的125I密封籽源竖放时，水中吸收剂量的分布值和分布曲线见表3和图6、图7。125I密封籽源横放时，水中吸收剂量的分布值和分布曲线见表4和图8。

可以看出：

表4 125I密封籽源横放辐照的水中吸收剂量率

1）125I密封籽源的空间剂量分布随着离源距离增加在不同方向上都呈快速衰减。在距离125I密封籽源表面10 mm处，剂量率的变小速率很明显，达到了82.4%；在距离籽源大于40 mm处，剂量率减小超过99%，可见在此距离处对周围组织的损伤效果也已变得很小。

2）由图7可以看出，在距离125I密封籽源表面10 mm处，受照角度（即TLD中心点所在平面面对籽源的角度）的改变，对剂量率有一定的影响，在15° ～ 90°的角度范围内，剂量率的变化可达 21.2%。可以推断等剂量曲线将表现出各向异性，尤其是源的轴向分布和径向分布相差较多，因此在临床应用中，也应实际考虑肿瘤所处的位置和角度问题。

图6 籽源竖放水中吸收剂量分布曲线（A组点）

图7 籽源竖放水中吸收剂量分布曲线（B组点）

图8 籽源横放水中吸收剂量分布曲线（A组点）

3）由表3和表4中A组点的数据可以看出，籽源竖放和横放的条件下，在距离籽源5 mm处的剂量率变化较大，两者相差约20%。而在距离籽源大于10 mm处的剂量率变化不明显，尤其是大于等于40 mm处的剂量率完全相等。可见，籽源的摆放位置的不同，对近距离处的点的剂量率有较大影响，随距离的增加而逐渐减小。

3.2 讨论分析

1）在125I密封籽源γ射线在水中吸收剂量的分布测量中，TLD与源在水模体中的相对距离和位置是否正确是测量误差的主要因素，尤其射线能量低，在水中衰减快，些微的距离误差就会造成吸收剂量测量数据的不确定性。通过专门刻度和对TLD的筛选以及测量过程的质量控制，实验数据符合预期的结果。

2）研究将TLD作为质点，忽略其体积大小影响。同时由于实验所用的125I密封籽源为棒状，与点源的剂量分布有差异。况且籽源粒子活度和排列也有均匀性问题，比较复杂的理论计算可模拟棒状125I籽源对剂量分布的贡献而进行修正。由结论3可以得出，当籽源与病灶之间距离较近（如与籽源长度相同）时，应充分考虑籽源的尺寸影响。实践表明模拟的实验测量是有效、可行的方法。

3）研究的TLD采用螺旋形布放方式，本来考虑以最少的TLD布放点来获取最大区域内的剂量分布，但从实验结果来看，这种布放方式并不合理。在后续的补充实验中，采用更为理想的米字形、等距离密布的布放方式，有利于画出等剂量曲线图，以充分表达棒状籽源各向异性的剂量分布特性。

4）不同厂家生产的125I籽源的电离常数值和源壳结构差别可能很大，如侧向采用双层源壳，特意提高轴向光子通量以获得较为均匀的角分布等不同情况，这就要求医护人员在设计125I实验或制定125I治疗计划时不能随意从文献中引用相关数据，而应根据具体情况而定。

4 结语

综上所述，实验研究了125I密封籽源在水中的吸收剂量分布的测量，讨论了产生测量误差的主要来源，有效模拟了其在人体内受照射状况，这对放射性籽源的植入定位具有指导意义，从而达到最大限度地利用射线进行治疗、减少对正常组织不必要照射的目的，提高放射性籽源植入治疗的剂量准确性和安全性。

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