CN102353975B - 碘[125i]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碘[125I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法，包括：TLD元件水中吸收剂量的校准步骤；对125I辐射场水中吸收剂量的测量步骤；及对测量结果的TLD元件几何条件修正和源形状修正的步骤。本发明通过增加计量值校准步骤及结果修正的步骤，避免了计量侧来那个过程中因器件本身及操作过程中引起的误差，使得最终测量结果更加准确，提高应用中的可靠性。

Description

碘[125I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法

技术领域

本发明涉及医用放射治疗技术领域，特别涉及碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法。

背景技术

将放射性物质密封在足以防止其泄漏的容器内用作放射源的结构称为密封放射源，简称密封源（sealed source）。碘[¹²⁵I]密封源是一种常见的放射性密封源，其主要应用于肿瘤的放射治疗，是利用碘的射线作用对肿瘤部位进行近距离照射，杀死癌细胞、控制肿瘤体积，从而达到治疗和缓减症状的目的。

放射治疗的成功与否很大程度上取决于靶区计量的准确度，因为靶区计量不确定度超过百分之五就可能导致放射治疗生物学效应的改变，在治疗过程中，放射计量的误差主要来自于以下几个方面：（1）治疗机输出量的误差；（2）参考条件下的输出量转换成非参考条件下的计量误差；（3）从放射治疗设计时处方计量转换为治疗靶区计量的误差；（4）患者摆、定位误差等。其中，治疗机的输出量的测量和参考条件下的输出量转换成非参考条件下的计量在各放射治疗医院或中心的放射治疗的质量控制（QC）和质量保证（QA）中尤为重要。目前，计量测量采用的方法主要是热释光剂量计（TLD）测量法，热释光剂量计有如下计量学的优点：有宽的计量应用范围，从10^-7-10^-5Gy线性响应；有良好的组织等效性；可以做成各种尺寸和形状的元件，在使用中不受空间位置的限制；可在0-10⁹Gy/S剂量率范围内测量长期的累积计量，无依赖性；测量精度好于3%；热释光材料对环境因素不灵敏；热释光剂量计读出方便，计算简单，可实现大规模的测量，随时提供结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更准确、更可靠的碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法。实现上述目的的技术方案如下：

一种碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法，包括以下步骤：

（1）通过预先的实验获取TLD元件的校准系数K_C：K_C=D_W/R_TLD，其中，R_TLD为TLD元件在相同的辐射条件、放置在相同位置上的TLD元件的读数值；

（2）对¹²⁵I辐射场水中吸收剂量进行测量，获取辐照测量时TLD元件的读数值R_T；

（3）根据公式：D_T=K_C×R_T=（D_W/R_TLD）×R_T对所述TLD元件的读数值R_T进行校准，获取经校准后的TLD元件的测量值D_T；

其特征在于：所述D_W的获取方法是：先利用电离室型剂量计在空气中测量测量值M，然后对测量数据加特定修正后换算得出水表面处的吸收剂量D_W，具体的计算公式为：D_W=M·K_a·N_K·K_B·（μ_en/ρ）_w,air·K_u；其中，M：电离室型剂量计测量值；K_a：空气密度修正因子；N_K：空气比释动能校准因子；K_B：体模背散射修正因子；（μ_en/ρ）_w,air：水对空气的平均质量吸收系数比；K_u：能谱修正因子。

上述方法中，如果所述TLD元件为圆柱状，半径为R、长度为L，则：①利用下式计算得到TLD元件几何修正系数F：

$F=A\·\mathrm{\Γ}\·\∫\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{l^2+r^2}}}{l^2+r^2}\·2\mathrm{\π}\·\mathrm{rdrdl}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·l}}{l^2}\·\mathrm{\π}\·R^2\·L);$ ②根据公式：D_S=D_T/F计算得到经TLD元件几何修正后的计量值D_S。

上述方法中，如果所述密封源为棒状，则：a.根据下式得到源形状修正系数F_S：

$F_S=A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{1}{l}\·\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{p^2+s^2}}}{p^2+s^2}\mathrm{ds}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·p}}{p^2});$ b.根据公式：D_Y=D_T×F_S计算得到经源形状修正后的计量值D_Y。

上述方法中，如果所述密封源为棒状且所述TLD元件为圆柱状，则：I.根据下式得到源形状修正系数F_S：

$F_S=A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{1}{l}\·\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{p^2+s^2}}}{p^2+s^2}\mathrm{ds}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·p}}{p^2});$ II.根据公式：D_Z=D_T×F_S/F计算得到经源形状修正后的计量值D_Z。

本发明通过增加计量值校准步骤及结果修正的步骤，避免了计量侧来那个过程中因器件本身及操作过程中引起的误差，使得最终测量结果更加准确，提高应用中的可靠性。

附图说明

图1为实施例提供的方法中点状源照射TLD元件的示意图。

图2为实施例提供的方法中棒状源照射TLD元件的示意图。

具体实施方式

本实施例提供的碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法分为以下三大步骤，下文分别详细描述：

一、TLD元件水中吸收剂量的校准。

1.1、校准原理

本实施例采用替代法对TLD元件进行校准，其校准原理是：在确定的辐射条件下，先用电离室型剂量计测出水中某特定点的吸收剂量D_W，再将TLD元件放置在该相同位置上，用相同的辐射条件照射TLD元件，读出TLD的量值R_TLD，就可得到所有TLD元件的校准系数K_C：

K_C=D_W/R_TLD

1.2、用电离室型剂量计测量水中某特定点的吸收剂量

在校准过程中选择60kV的X射线来进行校准，其半值层1.9mmAl和平均能量31.5keV与¹²⁵I的辐射能量接近。本实施例并不是直接利用水模体测量D_W，而是先在空气中测量，然后对测量数据加特定修正后换算得出水表面处（与电离室测量中心点重合）的吸收剂量D_W，具体的计算公式如下：

D_W=M·K_a·N_K·K_B·（μ_en/ρ）_w,air·K_u                    （1）

其中，M：电离室型剂量计测量值；K_a：空气密度修正因子；N_K：空气比释动能校准因子（由中国计量院检定得1.004×0.876=0.880）；K_B：体模背散射修正因子，本次值为1.225（用平板型薄窗电离室测得并对照IAEA报告）；（μ_en/ρ）_w,air：水对空气的平均质量吸收系数比1.015（由IAEA报告得）；K_u：能谱修正因子，值取为1（校准时能谱与上级检定时的差异可忽略）。

1.3、对TLD元件的校准：

将TLD元件嵌在一特制模板中紧贴在水模体前表面，前面覆一层塑料薄膜，使TLD元件的前表面准确定位于上述电离室型剂量计的中心点位置上，以模拟水模体中浅表面的测量位置。用上述1.2步骤相同条件照射，然后测得TLD值R_TLD。本实施例中，模板和水模体以及下述的辐照支架均为组织等效材料所制，水模体为30×30×15cm有机玻璃平板水箱，本次测量不考虑支架等材料包括TLD元件与水的差异。

校准系数K_C=D_W/R_TLD。                                （2）

其中R_TLD为受照D_W剂量后TLD元件的读出值。

二、对¹²⁵I辐射场水中吸收剂量的测量。

剂量测量过程在特制的支架及底座上进行，支架由组织等效材料制成，若干支架按不同角度及距离固定在底座上，将若干个TLD放置于各自支架上，TLD元件用塑料薄膜包覆以防水，将¹²⁵I密封源放置于底座的中心点，并用屏蔽帽罩住，以控制时间，每次辐照测量均按¹²⁵I密封源的半衰期进行修正。测量开始时移除屏蔽帽，并开始记录时间，测量结束时放回屏蔽帽。

辐照后TLD元件的读数值为R_T，经校准后的TLD元件的计量值D_T为：

D_T=K_C×R_T=（D_W/R_TLD）×R_T

=（M·K_a·N_K·K_B·（μ_en/ρ）_w,air·K_u·/R_TLD）×R_T        （3）

三、对测量结果的TLD元件几何条件修正和源形状修正。

3.1、TLD元件几何条件修正：

TLD元件有一定的体积，在此体积内辐射强度有一梯度分布，因而同一TLD元件中各处受照剂量不同，TLD读出值反应的是整个TLD元件受照剂量的总和，而本发明期望获得的是TLD元件前表面中心点的剂量值。

点源的空间衰减和水的吸收衰减规律如下式，D_X为空间某点的吸收计量值：

D_X=A·Γ·e^-λ·r/L²                                    （4）

其中：A为辐射源活度；Γ为辐射源剂量率常数；L为源中心到该点的距离；λ为水对¹²⁵I辐射的吸收系数。

根据公式（4）及所用TLD元件的具体形状特性，确定适应该TLD元件的几何修正系数。以圆柱状TLD元件为例，半径为R、长度为L，其几何修正系数为：

$F=A\·\mathrm{\Γ}\·\∫\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{l^2+r^2}}}{l^2+r^2}\·2\mathrm{\π}\·\mathrm{rdrdl}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·l}}{l^2}\·\mathrm{\π}\·R^2\·L)---\left(5\right)$

其中：A为辐射源活度；Γ为辐射源剂量率常数；l为TLD元件内中心线方向上的距离积分变量；r为TLD元件内中心线垂直方向上的距离积分变量。

参见图1，假设圆柱状TLD元件的几何尺寸为φ4.5×0.8mm，则其几何修正系数为：

$F=A\·\mathrm{\Γ}\·\∫\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{l^2+r^2}}}{l^2+r^2}\·2\mathrm{\π}\·\mathrm{rdrdl}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·l}}{l^2}\·\mathrm{\π}\·{2.25}^2\·0.8)---\left(6\right)$

对距离密封源5mm的上述TLD元件，其几何修正系数即为：

$F=0.4938\·{\∫}_5^{5.8}{\∫}_0^{2.25}\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·\sqrt{l^2+r^2}}}{l^2+r^2}\·\mathrm{rdrdl}/\left(\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·5}}{5^2}\right)---\left(7\right)$

获得TLD元件几何修正系数后，对经校准后的TLD元件的计量值D_T修正，得修正后的计量值D_S为：

D_S=D_T/F=（M·K_a·N_K·K_B·（μ_en/ρ）_w,air·K_u/R_TLD）×R_T/F（8）

3.2、源形状修正：

此外，考虑到实际应用中，真正的点源形式的密封源很少，多数为棒状密封源，本步骤对棒状密封源的的影响提出相应的源形状修正系数F_S，如下式：

$F_S=A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{1}{l}\·\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{p^2+s^2}}}{p^2+s^2}\mathrm{ds}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·p}}{p^2})---\left(9\right)$

其中：A为辐射源活度；Γ为辐射源剂量率常数；λ为水对¹²⁵I辐射的吸收系数；p为TLD元件前表面中心到密封源中心的距离；s为密封源中轴线上任一点到密封源中心距离的积分变量。

参见图2，例如，按某源生产商给出的活性区3.25mm内均匀分布来计算，且对p=5mm的测量点，其源形状修正系数为：

$\mathrm{Fs}=\frac{1}{3.25}\·{\∫}_{-1.625}^{1.625}\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{5^2+s^2}}}{5^2+s^2}\mathrm{ds}/\left(\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·5}}{5^2}\right)---\left(10\right)$

获得密封源的源形状修正系数后，对经校准后的TLD元件的计量值D_T修正，得修正后的计量值D_Y：

D_Y=D_T×F_S=（M·K_a·N_K·K_B·（μ_en/ρ）_w,air·K_u·/R_TLD）×R_T×F_S（11）

或者，对应经经过TLD元件几何条件修正的计量值D_S，得修正后的计量值D_Z：

D_Z=D_T×F_S/F=（M·K_a·N_K·K_B·（μ_en/ρ）_w,air·K_u·/R_TLD）×R_T×F_S/F（12）。

由以上实施例提供的方法，是在实际计量测量之前通过实验获得TLD元件的校准系数，在实际测量过程中利用该校准系数对TLD元件的读出值进行校准。此外，本发明提供的方法还针对TLD元件自身体积对测量结果的影响及密封源形状对测量结果的影响，分别对TLD元件的读出值进行校准后再次进行修正。

Claims (4)

1.一种碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法，包括以下步骤：

（1）通过预先的实验获取TLD元件的校准系数K_C：K_C=D_W/R_TLD，其中，R_TLD为TLD元件在相同的辐射条件、放置在相同位置上的TLD元件的读数值；

（2）对¹²⁵I辐射场水中吸收剂量进行测量，获取辐照测量时TLD元件的读数值R_T；

（3）根据公式：D_T=K_C×R_T=（D_W/R_TLD）×R_T对所述TLD元件的读数值R_T进行校准，获取经校准后的TLD元件的测量值D_T；

其特征在于：所述D_W的获取方法是：先利用电离室型剂量计在空气中测量测量值M，然后对测量数据加特定修正后换算得出水表面处的吸收剂量D_W，具体的计算公式为：D_W=M·K_a·N_K·K_B·（μ_en/ρ）_w,air·K_u；其中，M：电离室型剂量计测量值；K_a：空气密度修正因子；N_K：空气比释动能校准因子；K_B：体模背散射修正因子；（μ_en/ρ）_w,air：水对空气的平均质量吸收系数比；K_u：能谱修正因子。

2.根据权利要求1所述的碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法，其特征在于：如果所述TLD元件为圆柱状，半径为R、长度为L，则：①利用下式计算得到TLD元件几何修正系数F：

$F=A\·\mathrm{\Γ}\·\∫\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{l^2+r^2}}}{l^2+r^2}\·2\mathrm{\π}\·\mathrm{rdrdl}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·l}}{l^2}\·\mathrm{\π}\·R^2\·L)$

其中：A为辐射源活度；Γ为辐射源剂量率常数；l为TLD元件内中心线方向上的距离积分变量；λ为水对¹²⁵I辐射的吸收系数；r为TLD元件内中心线垂直方向上的距离积分变量；②根据公式：D_S=D_T/F计算得到经TLD元件几何修正后的计量值D_S。

3.根据权利要求1所述的碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法，其特征在于，如果所述密封源为棒状，则：a.根据下式得到源形状修正系数F_S：

$F_S=A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{1}{l}\·\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{p^2+s^2}}}{p^2+s^2}\mathrm{ds}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·p}}{p^2})$

其中：A为辐射源活度；Γ为辐射源剂量率常数；l为TLD元件内中心线方向上的距离积分变量；λ为水对¹²⁵I辐射的吸收系数；p为TLD元件前表面中心到密封源中心的距离；s为密封源中轴线上任一点到密封源中心距离的积分变量；b.根据公式：D_Y=D_T×F_S计算得到经源形状修正后的计量值D_Y。

4.根据权利要求2所述的碘[¹²⁵I]密封源水中吸收剂量的测量及修正方法，其特征在于：如果所述密封源为棒状，则：I.根据下式得到源形状修正系数F_S：

$F_S=A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{1}{l}\·\∫\frac{e^{-\mathrm{\λ}\sqrt{p^2+s^2}}}{p^2+s^2}\mathrm{ds}/(A\·\mathrm{\Γ}\·\frac{e^{-\mathrm{\λ}\·p}}{p^2})$

其中：A为辐射源活度；Γ为辐射源剂量率常数；l为TLD元件内中心线方向上的距离积分变量；λ为水对¹²⁵I辐射的吸收系数；p为TLD元件前表面中心到密封源中心的距离；s为密封源中轴线上任一点到密封源中心距离的积分变量；II.根据公式：D_Z=D_T×F_S/F计算得到经源形状修正后的计量值D_Z。

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