放射性125I粒子源在肝組織中的照射劑量分布

安夢(mèng)林，強(qiáng)永剛，廖永華，向湘

(廣州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)院，廣州510182)

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放射性125I粒子源在肝組織中的照射劑量分布

安夢(mèng)林，強(qiáng)永剛，廖永華，向湘

(廣州醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)院，廣州510182)

目的 探討放射性125I粒子源在肝組織中的劑量分布特征，為其臨床近距離放射治療提供參考。方法 采用熱釋光劑量學(xué)方法，通過(guò)“米”字形空間布放LiF(Mg，Cu，P)型熱釋光劑量元件，分析熱釋光劑量元件受照射后的吸收劑量(X)與熱釋光劑量?jī)x讀數(shù)(Y)的關(guān)系，觀察放射性125I粒子源在肝組織中軸向、徑向及4個(gè)中分線方向上的輻照吸收劑量變化及劑量場(chǎng)分布。結(jié)果 熱釋光劑量?jī)x讀數(shù)與熱釋光劑量元件受照射后的吸收劑量呈線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=0.134 2X-0.014 7(R2=0.999，P<0.01)。放射性125I粒子源在軸向、徑向、中分線方向上的劑量均隨離源距離的增加呈快速衰減，中心劑量熱區(qū)的場(chǎng)分布呈“蘋(píng)果”狀影像，有逐漸向橢圓形趨變的趨勢(shì)。受照射角度的不同，等距離位點(diǎn)上吸收劑量大小各異，徑向劑量>中分線方向劑量>軸向劑量。結(jié)論 放射性125I粒子源在肝組織中的劑量分布具有不均勻性，其劑量場(chǎng)呈類似“蘋(píng)果”形分布，呈劑量凹陷區(qū)和劑量凸起分布特征。

125I粒子源；熱釋光劑量元件；肝組織；照射劑量分布

目前，國(guó)內(nèi)外已將放射性125I粒子源的組織間植入作為腫瘤放射治療的常用手段之一[1～3]。放射性125I粒子具有釋放射線能量低，有效射程半徑小，植入機(jī)體后對(duì)正常組織損傷小等優(yōu)點(diǎn)，已在腫瘤近距離放射治療中廣泛應(yīng)用[4～9]。但目前對(duì)放射性125I粒子源在組織中的劑量場(chǎng)分布特征尚未完全清楚，相關(guān)報(bào)道亦較少。LiF(Mg，Cu，P)型熱釋光劑量元件(TLD)因其敏感性高、能量依賴性低、劑量線性區(qū)域?qū)?、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在臨床與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中廣泛用于測(cè)量放射性粒子源的組織累積吸收劑量[10～13]。2015年9月～2016年3月，本研究采用熱釋光劑量學(xué)方法，觀察放射性125I粒子源在肝組織中的劑量分布特征，為其臨床近距離放射治療提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 成年豬肝組織約1 kg。TLD-2000C型熱釋光探測(cè)器，購(gòu)自北京康科洛電子有限公司。BT-125-1型125I粒子，購(gòu)自天津賽德生物制藥有限公司。RGD-3B型熱釋光劑量?jī)x，購(gòu)自北京防化研究院。TLD-2000B型遠(yuǎn)紅外線精密退火爐，北京康科洛電子有限公司。FLA-5100型化學(xué)發(fā)光/生物發(fā)光成像系統(tǒng)，日本富士集團(tuán)。輻射能量為33、65 KeV的X射線及輻射能量為59.5 KeV的241Am γ射線，由中國(guó)原子能科學(xué)研究院計(jì)量站提供。

1.2 熱釋光劑量元件受照射劑量換算125I粒子源釋放的γ射線能量為27～35 KeV[14，15]。隨機(jī)抽取完全退火的TLD-2000C型熱釋光探測(cè)器圓片60片(分為6組，每組10片)，隨機(jī)取5組用0.2 mGy/min的33 KeV X射線分別給予0.10、0.25、0.50、1.00、2.00 mGy照射，剩余1組用于測(cè)量TLD本底劑量。照射后用RGD-3B型熱釋光劑量?jī)x測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果輸入SPSS12.0統(tǒng)計(jì)軟件，分析TLD劑量元件受照射后的吸收劑量(X)與RGD-3B型熱釋光劑量?jī)x讀數(shù)(Y)的關(guān)系，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)中熱釋光劑量元件受照劑量的換算。

1.3 TLD探測(cè)器能量響應(yīng) 在同一批熱釋光劑量探測(cè)器(TLD-2000C型圓片)中隨機(jī)抽取90片，分成A、B、C三組。A組：33 KeV的X射線給予1.0 mSv劑量照射；B組：65 KeV的X射線給予1.0 mSv劑量照射；C組：59.5 KeV的241Am γ射線給予1.0 mSv劑量照射；均在中國(guó)原子能科學(xué)研究院計(jì)量站完成。觀察各射線在TLD探測(cè)器中的劑量讀數(shù)及分散度。

1.4 豬肝組織TLD探測(cè)器元件布放 參考國(guó)內(nèi)外125I粒子源劑量分布的相關(guān)研究[16，17]，采用“米”字形空間布放方式。將125I粒子源置于經(jīng)特殊處理的組織塊中心，分別沿粒子源長(zhǎng)軸0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°方向依次等間距置入熱釋光探測(cè)器元件，軸向、徑向、中分線方向的間距依次為5、5、7.07 mm。如圖1所示。將冷藏定型后的豬肝組織5 mm厚切片，將單個(gè)肝組織切片有序疊放，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)125I粒子源在成年豬肝組織中劑量分布的間距梯度測(cè)量。粒子源軸向劑量分布測(cè)量：在肝組織模型中將用聚丙烯薄膜包裹的熱釋光劑量元件按編號(hào)依次等距離包埋入肝組織，探測(cè)器圓片中心到125I粒子源軸心間距依次為5、10、15、20 mm。完成包埋后在中心特定位置植入125I粒子源，使粒子源軸向與TLD排列保持一致，照射時(shí)長(zhǎng)10 min，移除粒子源，按編號(hào)依次測(cè)量探測(cè)器元件，重復(fù)照射5次。采用相同方式測(cè)量粒子源在徑向及中分線方向的劑量分布。

圖1 豬肝組織中125I粒子源及TLD布放示意圖

1.5 豬肝組織中125I粒子源劑量場(chǎng)分布觀察 利用放射性核素的核射線可使磷屏中光敏物質(zhì)感光，繼而形成潛影，經(jīng)顯影和定影可形成圖像。首先將磷屏曝光前天然本底照射形成的背景噪聲擦除，然后將植入放射性125I粒子源的肝組織移入曝光盒，使磷屏曝光面正對(duì)組織樣品，關(guān)閉盒蓋曝光，曝光時(shí)長(zhǎng)為10 min，調(diào)暗室內(nèi)照明亮度(低于20 luxes)，取出輻照后的磷屏，采用FLA-5100型多功能掃描成像儀掃描，即可得到肝組織放射性125I粒子源的劑量場(chǎng)分布圖像。

2 結(jié)果

2.1 熱釋光劑量探測(cè)器的劑量換算及能量響應(yīng) 對(duì)給予33 KeV的X射線標(biāo)準(zhǔn)能量梯度照射后，熱釋光劑量元件讀數(shù)與其受照射劑量呈線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=0.134 2X-0.014 7(R2=0.999，P<0.01)。熱釋光劑量探測(cè)器的能量響應(yīng)見(jiàn)表1。

表1 TLD-2000C型熱釋光探測(cè)器的能量響應(yīng)

2.2 豬肝組織中125I粒子源的劑量分布特征

2.2.1 軸向累積劑量分布 熱釋光劑量元件圓心與125I粒子源軸心所成夾角為θ。在125I粒子源軸向上，在距離軸心5～10 mm處，其軸向劑量的分布均呈銳減趨勢(shì)；在距離軸心10～20 mm處隨間距的增大，其軸向劑量的減小趨勢(shì)逐漸變緩，符合輻射點(diǎn)源劑量分布的“距離反平方定律”。見(jiàn)表2。

2.2.2 徑向累積劑量分布125I粒子源的徑向劑量隨熱釋光劑量元件圓心到粒子源長(zhǎng)軸距離地增加呈快速衰減狀態(tài)。在5～30 mm距離梯度區(qū)間，熱釋光探測(cè)器吸收劑量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均未超過(guò)10%。見(jiàn)表3。

表2 豬肝組織中125I粒子源軸向累積劑量分布(t=10 min)

表3 豬肝組織中125I粒子源肝組織徑向累積劑量分布(t=10 min)

2.2.3 中分線累積劑量分布 在4個(gè)中分線方向上，等距離位置上放置的熱釋光探測(cè)器吸收劑量較為接近，吸收劑量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%。隨著熱釋光劑量元件圓心到粒子源軸心距離的增加，熱釋光劑量元件的吸收劑量呈迅速遞減趨勢(shì)。見(jiàn)表4。

表4 豬肝組織中125I粒子源4個(gè)中分線上累積劑量分布(t=10 min)

2.3 豬肝組織中125I粒子源劑量場(chǎng)分布特征 放射性125I粒子源的射線能量主要集中于近軸心區(qū)域，在粒子長(zhǎng)軸、短軸兩側(cè)均為非對(duì)稱性分布；隨著到圓心距離的增加，粒子源的劑量濃集度快速衰減，越靠近磷屏邊界顏色越淺、分散程度越大；隨著粒子源的不斷衰變，其劑量濃集影邊界逐漸變得模糊，中心劑量熱區(qū)的場(chǎng)分布呈“蘋(píng)果”狀影像，有逐漸向橢圓形趨變的趨勢(shì)。見(jiàn)插頁(yè)Ⅰ圖2。

3 討論

近距離放射治療包括腔內(nèi)照射、組織間照射及術(shù)中置管照射等。早期近距離治療的粒子源均為高能量的226Ra、60Co等，穿透力強(qiáng)，可損傷腫瘤周邊正常組織，對(duì)患者生存質(zhì)量影響較大，而且醫(yī)務(wù)人員受到的輻照劑量較大，從而限制了其臨床應(yīng)用。1965年低能量的125I粒子首次在美國(guó)斯隆-凱特琳癌癥中心使用，并取得了較好效果，為125I粒子源近距離照射治療的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[18]。本研究通過(guò)測(cè)量單顆125I粒子源在豬肝組織中的劑量分布特征，模擬在人體內(nèi)放射性125I粒子源植入治療的劑量分布特點(diǎn)，旨在為臨床放射性125I粒子源近距離植入治療提供科學(xué)的劑量依據(jù)和直觀的靶區(qū)輻射影像依據(jù)。

本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)33、65 KeV的標(biāo)準(zhǔn)X射線源和59.5 KeV的標(biāo)準(zhǔn)γ射線源，TLD-2000C型圓片的響應(yīng)一致性良好，對(duì)照射劑量的響應(yīng)重復(fù)性良好。故在進(jìn)行125I粒子源的劑量分布測(cè)量時(shí)，選用33 KeV的X射線。

本研究采用“米”字形空間布放的方式植入熱釋光探測(cè)器元件，使測(cè)得的粒子源劑量數(shù)據(jù)與放射性粒子源的劑量分布規(guī)律相符合。當(dāng)θ=0°或180°，探測(cè)器元件圓心到軸心間距分別為5、10、15、20 mm時(shí)，在相同條件下經(jīng)5次重復(fù)照射，測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%，說(shuō)明該研究設(shè)計(jì)對(duì)125I粒子源在豬肝組織中的軸向劑量分布特征的準(zhǔn)確性與重復(fù)性均較好，用此法測(cè)量肝組織中125I粒子源的軸向劑量分布切實(shí)可行。而在軸向、徑向與中分線方向的劑量分布趨勢(shì)基本一致，均符合粒子源劑量衰變規(guī)律。本研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受照射角度發(fā)生改變時(shí)，距離軸心距離相同位點(diǎn)上熱釋光劑量元件的吸收劑量數(shù)值不同，徑向劑量>中分線方向劑量>軸向劑量。這與125I粒子源的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)，本研究所用的125I粒子幾何結(jié)構(gòu)為棒狀，近距離測(cè)量粒子的劑量分布時(shí)，不能忽略其體積大小帶來(lái)的影響，而簡(jiǎn)單視作點(diǎn)狀源，其棒狀結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致125I粒子源活度和排列不均勻，故出現(xiàn)以上研究結(jié)果。因此，行放射性125I粒子源植入治療時(shí)，應(yīng)根據(jù)粒子源到照射靶區(qū)域的距離充分考慮其幾何結(jié)構(gòu)對(duì)被照射靶組織的影響。125I粒子源的劑量場(chǎng)分布為類似“蘋(píng)果”形狀的場(chǎng)分布，并呈劑量凹陷區(qū)和劑量凸起分布特征。故在進(jìn)行放射性125I粒子源植入治療時(shí)，考慮125I粒子源的植入角度及鄰近粒子輻射劑量相互作用的關(guān)系是十分必要的[19～22]。隨著粒子源的不斷衰變，其劑量濃集影邊界逐漸變得模糊，中心劑量熱區(qū)的場(chǎng)分布“蘋(píng)果”狀影像成逐漸向橢圓形改變趨勢(shì)。通過(guò)磷屏成像實(shí)驗(yàn)，可為放射性125I粒子源的活度衰變趨勢(shì)提供直觀的影像參考。

綜上所述，放射性125I粒子源在豬肝組織中的劑量分布不均勻，其劑量場(chǎng)呈類似“蘋(píng)果”形分布，呈劑量凹陷區(qū)和劑量凸起分布特征，這為臨床放射性125I粒子源植入治療計(jì)劃的制定與修正提供了劑量分布參考。

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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

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81071152)。

安夢(mèng)林(1991-)，男，碩士，研究方向?yàn)榉派渲委焺┝繉W(xué)與腫瘤核醫(yī)學(xué)。E-mail： anmenglin91@163.com

簡(jiǎn)介：強(qiáng)永剛(1957-)，男，教授，研究方向?yàn)榉文[瘤靶向放射顯影與核素生物效應(yīng)。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)