近距離放療施源器擋塊對放療劑量分布的影響

王新，劉浩,，李公平，唐成瓊，許敏

1.新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院，新疆烏魯木齊 830011；2.蘭州大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；3.烏魯木齊市友誼醫(yī)院，新疆 烏魯木齊830049

近距離放療施源器擋塊對放療劑量分布的影響

王新1，劉浩1,2，李公平2，唐成瓊1，許敏3

1.新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院，新疆烏魯木齊 830011；2.蘭州大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；3.烏魯木齊市友誼醫(yī)院，新疆 烏魯木齊830049

本文根據(jù)在近距離放療施源器中添加擋塊有利于保護(hù)正常組織的原則，使用Ir-192放射源和圓柱形施源器制定治療計劃，并在施源器內(nèi)分別添加90°和180°擋塊，得到計劃劑量分布結(jié)果。隨后借助特制的模體，采用二維電離室矩陣，分別從施源器冠狀面和矢狀面測量劑量分布，采用γ分析法（3%，3 mm）比較計劃劑量分布和實測劑量分布差異。結(jié)果表明，擋塊遮擋區(qū)內(nèi)組織器官的輻射劑量遠(yuǎn)低于腫瘤的處方劑量，說明使用擋塊可以有效降低輻射劑量，保護(hù)正常組織器官。

近距離治療劑量分布；帶擋塊施源器；二維矩陣；輻射劑量

近距離放療是通過將放射源直接放在腫瘤內(nèi)或放在腫瘤旁，提高腫瘤區(qū)并降低正常組織和危及器官的劑量的現(xiàn)代放療的基本方法之一，該療法主要用于治療宮頸癌[1]，前列腺癌[2]和乳腺癌[3]等癌癥。通過正向或逆向優(yōu)化放射源的駐留位置和駐留時間，可以得到合理的劑量分布，使得高劑量區(qū)覆蓋腫瘤，低劑量區(qū)覆蓋正常組織和危及器官[4]。當(dāng)腫瘤位于陰道或直腸一側(cè)時，利用擋塊對射線屏蔽，能有效降低健側(cè)組織受量，解決單一優(yōu)化放射源的駐留位置和駐留時間難以降低健側(cè)正常組織放射劑量的問題，保護(hù)正常組織。通過這一方法設(shè)計出可附加擋塊的圓柱形施源器，用于治療陰道癌和直腸癌。

擋塊有減弱主射線、影響散射線和使放射源周圍劑量分布不對稱的效果，擋塊表面和放射源附近的劑量梯度很大。當(dāng)擋塊在施源器內(nèi)緊貼放射源放置時，很難計算擋塊屏蔽區(qū)的劑量分布。

測量放療劑量分布的方法主要有：① 膠片法[5-6]；②熱釋光法[7]；③ 半導(dǎo)體探頭測量法[8]；④ 膠體掃描測量法[9]；⑤ 電離室矩陣測量法[10]。MatriXX是一種二維電離室矩陣，由德國IBA公司制造，常用于測量調(diào)強(qiáng)放療劑量分布，具有可靠、省時間、效率高的優(yōu)點[11]。MatriXX也曾被用于測量Ir-192高劑量率近距離放療的劑量分布和絕對劑量[10]。本研究借助特制模體，采用MatriXX測量帶擋塊的圓柱形施源器周圍的放療劑量分布，旨在從實驗測量和理論計算兩方面觀察在施源器中添加擋塊后，其周圍劑量分布的變化情況。

1 材料和方法

本實驗采用二維電離室矩陣MatriXX （I’Mrt MatriXX，IBA Dosimetry，Germany）完成。該矩陣包含1020個電離室，排列成1個32×32 的方陣，每個電離室呈圓柱形，直徑4.5 mm，高5 mm，測量體積0.08 cc，相鄰2個電離室中心間距為7.6 mm，矩陣的有效測量面積為240 mm×240 mm，可測量的最大劑量率為6 Gy/min，最小劑量率為0.02 Gy/min。能量在100 kV～300 kVp范圍內(nèi)的X射線的能量變化使矩陣有明顯響應(yīng)[10]。因為較難對Ir-192能量進(jìn)行絕劑量刻度，所以本研究僅測量相對劑量分布。用6 mV外照射射線刻度矩陣，使所有電離室響應(yīng)一致。

本研究中使用的施源器（part#084.320，Nucletron B.V.，Veenendaal，The Netherlands）由1個中央管、1個圓柱形塑料外殼、1個90°鎢合金擋塊和1個180°鎢合金擋塊構(gòu)成（圖1），用于治療陰道癌和直腸癌。擋塊通過緊貼中央管插入圓柱形外殼內(nèi)，醫(yī)生根據(jù)情況可選擇不同的擋塊并確定擋塊的位置。

圖1 可添加擋塊的圓柱形施源器實物圖

本研究用后裝治療計劃系統(tǒng)（Oncentra? Brachy v4.1，Nucletron B.V.，The Netheriands）設(shè)計了3個計劃，分別命名為P0、P90和P180。在3個計劃中，治療長度設(shè)定為50 mm，處方劑量點為自施源器頂端沿中央管向下25 mm旁開18 mm處，處方劑量指定為1 Gy。

在P0中，施源器中不含擋塊；在P90中，放源器中含有1個90°的擋塊；在P180中，施源器中含有1個180°的擋塊。該計劃系統(tǒng)根據(jù)AAPM 的第43號報告（2004）中的有關(guān)公式計算劑量分布，與90°的擋塊和180°的擋塊對應(yīng)的傳輸系數(shù)分別為0.23和0.17；計劃系統(tǒng)分別計算出3個計劃的劑量分布，1 Gy歸一為100%劑量；計算網(wǎng)格為1 mm。

為了保證測量準(zhǔn)確，采用PMMA材料特制了1個模體。模體為長方體，底面為正方形，邊長240 mm，高120 mm。在模體上鉆2個圓孔，分別命名為Hcenter 和Hside，孔的規(guī)格均為直徑25 mm、深120 mm?？譎center位于模體中心；孔Hside位于模體邊緣，且與模體邊相切。測量施源器橫戴面劑量分布時，施源器插入Hcenter孔；測量矢狀面和冠狀面劑量分布時，施源器插入Hside孔（圖2）。

圖2 劑量分布測量方式示意圖

采用后裝治療機(jī)（microSelectron HDR v2，Nucletron B.V.，The Netheriands）分別執(zhí)行治療計劃P0、P90和P180，同時測量劑量分布。后裝機(jī)使用Ir-192放射源（192-Ir-Mhdr-v2，Mallinckrodt Medical B.V.，Petten，The Netherlands）。

用MatriXX相關(guān)的軟件（OmiPro-I’mRT version 1.6，IBA Dosimetry，Germany）處理分析測量得到的數(shù)據(jù)，同時把計劃系統(tǒng)計算出的劑量分布導(dǎo)入該軟件中。測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)都按空間相同的點歸一，用γ指數(shù)分析法（3%，3 mm）分析對比測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)的一致性。

2 結(jié)果

圖3和圖4顯示了計劃系統(tǒng)計算得出的劑量分布與實驗測量得到的劑量分布以及γ指數(shù)分布。圖3中橫截面距中央管頂端12 mm，圖4中冠狀面距中央管17 mm。兩圖中，

第1列是計劃系統(tǒng)計算的劑量分布，第2列是實驗測量得到的劑量分布，第3列是用等劑量線表示劑量分布，第4列是γ分布；第1、2和3行分別是無擋塊、有90°擋塊和有180 °擋塊時的劑量分布。比較結(jié)果顯示兩種劑量分布基本一致（γ＜1，通過率＞95%），比較結(jié)果見表1。

表1 治療計劃與實驗測量的劑量分布對比結(jié)果（γ：3%，3 mm）

3 討論

圖3（第1行）與圖4（第1行）顯示P0計算得出的劑量分布與用MatriXX測量得到的劑量分布一致（γ＜1，通過率達(dá)到99%）。圖3（第2行和第3行）、圖4（第2行和第3行）分別從橫截面和冠狀面顯示被擋塊屏蔽的區(qū)域劑量明顯下降，說明擋塊對正常組織和器官具有保護(hù)作用。但是，在使用了擋塊后，橫截面（圖3，第4列）與冠狀面（圖4，第4列）的γ＞1的像素點的數(shù)量明顯增加，這些像素點主要集中在擋塊與中央管相交的界面附近，這些區(qū)域的最大厚度數(shù)據(jù)橫截面：P90=7.5 mm，P180=6.9 mm；冠狀面：P90=6.5 mm，P180=6.8 mm。在這些區(qū)域內(nèi)，劑量梯度很大，計算這部分的劑量分布面臨很大挑戰(zhàn)；這些區(qū)域內(nèi)的劑量遠(yuǎn)低于腫瘤區(qū)域內(nèi)的劑量，因此不會導(dǎo)致臨床并發(fā)癥；計劃系統(tǒng)計算出的劑量減弱速度明顯快于實驗測量的結(jié)果。

4 結(jié)論

本研究采用治療計劃系統(tǒng)計算出帶擋塊的施源器周圍的劑量分布[12]，并采用二維電離室矩陣測量帶擋塊的施源器周圍的劑量分布，2種方法均證明擋塊可以大大減弱放療劑量；對比2種劑量分布發(fā)現(xiàn)使用擋塊后，實驗測得的分布與計算的分布之間具有很好的一致性；但在擋塊的屏蔽區(qū)與非屏蔽區(qū)交界面附近，2種分布之間存在明顯差異，計算得出的劑量低于實驗測得的劑量，但2者都遠(yuǎn)低于腫瘤區(qū)域內(nèi)的劑量，在臨床可接受的范圍內(nèi)。

圖3 橫截面上的劑量分布結(jié)果

圖4 冠狀面上的劑量分布結(jié)果

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Impact of Shielding in Applicator on Dose Distribution in Brachytherapy

WANG Xin1, LIU Hao1,2, LI Gong-ping2, TANG Cheng-qiong1, XU Min3
1. Xinjiang Tumor Hospital, Xinjiang Medical University, Urumqi Xinjiang 830011, China; 2. School of Nuclear Science and Technology, Lanzhou University, Gansu Lanzhou 730000, China; 3. Urumqi Youyi Hospital, Urumqi Xinjiang 830049, China

The paper aims to investigate principle of applying shieding application to spare healthy tissues in brachytherapy with the use of Ir-192 in designing the treatment regimen. The 90° and 180° shieldings were added to the applicator to calculate the result of dose distribution. Dose distribution was then measured using a 2D ion chamber array dosimeter in the transverse and coronal planes for these treatment plans. Gama analysis method (3%, 3 mm) was adopted to compare the dose distribution with the TPS calculations. The results indicate that the dose distribution to the organs in the shield shadow were obviously much lower than the prescribed doses for treatment volume and essentially remained within their tolerance limits for clinical dose prescriptions. It is concluded that the shielding application can effectively reduce the radiation dosage and protect normal tissues and organs.

brachytherapy dose distribution; shielded applicator; two-dimensional matrix; radiation dose

R734.4

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.01.012

1674-1633(2016)01-0048-03

2015-08-28

2015-09-24

烏魯木齊市科技計劃項目（Y12310011）。

本文作者：王新，主任技師。

作者郵箱：xjzlyywx@sina.cn