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目的: 采用热释光剂量学方法,通过构建肝脏组织、骨骼组织立体测量模型,分别测量并计算单个放射性125I粒子源在肝脏与骨骼组织中的辐照吸收剂量值。运用FLA-5100型放射成像/荧光生物成像系统分别对125I粒子源在肝脏组织与骨组织中的空间分布剂量场进行扫描成像,对比分析125I放射性粒子源在组织中的轴向、径向剂量分布特性,为临床近距离放射治疗中125I粒子源的植入提供科学的剂量学数据及直观的靶区组织吸收剂量场分布参考。 方法: 1、TLD剂量元件的筛选 LiF(Mg,Cu,P)型热释光剂量元件具有敏感度高、能量依赖性低、剂量线性区域较宽、稳定性好、组织等效性好,以及退火处理简单等特点。为保证探测器元件对γ射线辐照的理想响应结果,需对TLD探测器元件进行筛选:分别用辐射能量为33KeV、65KeV的标准X射线,辐射能量为59.5KeV的241Amγ射线(标准源由中国原子能科学研究院计量站提供)对热释光剂量元件进行一定剂量(1.0mSv)的照射后,用热释光剂量仪依次测量其发光读数,去除异常值后求得平均值,计算标准差与平均值的比值(s/?x×100%)。 2、RGD-3B热释光剂量仪的刻度 125I粒子源释放的γ射线能量在27-35KeV范围内。从完全退火后的同批次LiF(Mg,Cu,P)(TLD-2000C型)热释光探测器圆片中随机抽取60片(分为6组,每组10片),用剂量率为0.2mGy/min的33KeV的X射线(中国原子能科学研究院计量站)给予0.10、0.25、0.50、1.00、2.00mGy的照射(第6组用于测量TLD本底剂量均值)。用RGD-3B型热释光剂量仪分组测量辐照后热释光探测器的读数,将测量结果输入SPSS12.0软件,分析TLD剂量元件受照后的照射剂量与RGD-3B型热释光剂量仪的测量读数之间的关系,从而得到RGD-3B型热释光剂量仪读数x与LiF(Mg,Cu,P)热释光剂量元件吸收剂量y的转换曲线,用于实验中热释光剂量元件受照剂量的换算。 3、肝脏与骨组织中TLD剂量元件的布放 通过文献查阅,参考国内外125I粒子源剂量分布的相关研究结果,肝脏组织(猪)中单个125I粒子源剂量分布的测量(TLD探测器)采用“米”字形空间布放的方式,将猪肝脏组织冷藏定形后进行等厚度切片,单个肝脏切片厚度为5mm,在进行测量研究时,只需将单个肝脏切片有序叠放即可实现TLD剂量计对125I粒子源在肝脏组织中剂量分布的等距梯度测量;骨骼组织中,通过在对称切割后的牛后肢骨(股骨)切割平面的TLD探测器有序布放,实现125I粒子源在骨骼组织中的剂量分布特性的测量。 4、125I粒子源的剂量场分布成像 由于天然辐射的存在,需要在应用FLA-5100型多功能扫描成像仪进行125I粒子源剂量场的空间分布成像前,对其磷屏曝光前天然本底照射形成的背景噪声进行擦除——将磷屏板白面朝上,在信号消除仪(IP ERASER3)中照射40分钟,即可对自然辐射形成的背景噪声擦除完全。将植入有放射性125I粒子源的肝脏组织(骨骼组织)移入曝光盒,使磷屏曝光面正对组织样品,关闭盒盖进行曝光;30min后,调暗室内照明亮度(低于20 luxes),取出辐照后磷屏粘于样品台,推入FLA-5100型放射成像/荧光生物成像系统(选用635nm激光器),即可得到肝脏组织(骨骼组织)中125I粒子源的剂量场分布图像。 结果: 1、选用中国原子能科学研究院计量站33KeV的标准X射线对TLD探测器行剂量梯度照射后,RGD-3B型热释光剂量仪的测量屏显读数为x(mGy),热释光探测器接收辐照剂量值为y(mGy),得到读数与受照剂量的线性回归方程为y=0.1342x-0.0147(R2=0.999,P<0.01),即热释光剂量元件读数与其受照剂量呈线性关系。此表达式用于125I粒子源照射剂量的换算。 2、肝脏组织中:①在125I粒子源的轴向方向上,在距轴心5mm至10mm处,粒子源的轴向剂量分布均呈“锐减”趋势,在距轴心10mm至20mm处,随到轴心距离的的继续增大而轴向剂量的减小趋势逐渐变缓,并逐渐趋于水平,测量结果均符合辐射点源剂量分布的“距离反平方定律”。②125I粒子源的径向剂量随热释光剂量计圆心到粒子源长轴的距离增加呈快速衰减,在圆心到长轴距离10mm处,其衰减剂量率均超过了92.5%。在距离轴心超过30mm处,剂量率的衰减均超过了99%。通过5次对125I粒子源的径向分布剂量的重复测量,得到在5~30mm距离梯度区间,热释光剂量计吸收剂量的相对标准偏差均未超过10%,说明在该肝脏组织模型中125I粒子源的径向剂量测量结果重复性良好,热释光剂量计的放置距离准确,每次照射过程中粒子源与热释光剂量计的植入位置不存在明显偏移。③在125I粒子源的中分线方向上,当探测器圆心到轴心距离超过28.28mm时,粒子源在距离轴心28.28mm位置处的辐照能量约为0.209mGy,测量结果与轴向及径向方向上距离粒子源轴心20mm以上位置时热释光剂量元件受到粒子源辐射影响很小的结论保持一致,而已知的125I粒子源软组织穿透能力约为17.0mm,测量结果与放射性核素特性相符合。 3、通过核素放射性自显影的原理,采用FLA-5100型放射成像/荧光生物成像系统测得肝脏组织中125I粒子源的剂量场分布图像显示:粒子源的剂量场分布呈类似“苹果”形状的场分布,呈现剂量凹陷区和剂量凸起分布特征;粒子源剂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分布,随离源芯距离的增加其剂量浓集度快速衰减,越靠近磷屏边界颜色越浅,其分布趋势与理论计算结果基本一致。 4、骨骼组织中,单个粒子源剂量场分布的显像特征与肝脏组织基本一致,但肝脏软组织中粒子源辐照有效距离>骨骼组织中粒子源有效辐射半径。当植入双粒子源进行测量时,有“剂量浓集区融合”及“剂量冷区”特征影像出现。 结论: 1、对33KeV、65KeV的X射线和59.5KeV的γ射线,TLD-2000C型圆片的响应一致性良好,其标准差/平均值(s/?x×100%)均小于5%,即探测器的发光值变化范围均在均值的±5%以内,对照射剂量的响应重复性良好,即在进行125I粒子源的剂量分布测量时,选用33KeV的X射线进行热释光剂量仪的剂量刻度切实可行。 2、肝脏组织中采用“米”字形空间布放方式植入热释光剂量元件,能通过最少的TLD布放点来获得最大区域内的剂量分布,综合研究结果分析,此种布放方式较为合理,符合粒子源的剂量分布规律。粒子源的剂量场分布为类似“苹果”形状的场分布,呈现剂量凹陷区和剂量凸起分布特征。近距离测量粒子的剂量分布时不能忽略粒子源几何结构带来的影响而简单视作点状源,其棒状结构特性导致了粒子源活度和排列的不均匀,故出现以上研究结果。因此,在进行放射性粒子的植入治疗时,应根据粒子源到照射靶点的距离充分考虑其几何结构给被照射靶组织带来的影响。 3、骨骼组织中,单个粒子源剂量场分布的显像特征与肝脏组织基本一致,骨骼组织中粒子源有效辐射半径<肝脏软组织中粒子源辐照有效距离。进行双粒子源剂量分布测量时,有“剂量浓集区融合”及“剂量冷区”特征影像出现。 4、通过对单个125I粒子源在肝脏与骨骼组织中剂量分布的测量,分析了导致测量误差的主要因素,有效模拟测定了人体内放射性粒子植入治疗的剂量分布规律和特点,旨在为临床放射性粒子近距离植入治疗提供直观的靶区辐射剂量作用的实验数据及影像参考。