直线加速器细胞照射剂量方法探讨

郑祖安 付秀根 刘 飞 王俊峰 郑 微 严 芳

(华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤中心，武汉 430030)

直线加速器细胞照射剂量方法探讨

郑祖安 付秀根*刘 飞 王俊峰 郑 微 严 芳

(华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤中心，武汉 430030)

探讨直线加速器细胞照射具有剂量学优势的照射方法。用医用直线加速器照射细胞，机臂置0°垂直向下加1 cm补偿物照射和机臂置180°向上加1 cm补偿物照射，以及机臂置180°向上增加不同厚度的散射体五种方法照射，用剂量仪分别测量每种方法的剂量;在TPS计划系统中模拟计算每种方法的条件下的剂量;比较5种方法之间的剂量和每种方法的实际测量值和TPS计算值之间的差值。结果表明，机臂置180°向上加补偿物照射实际测量剂量提高5.65%，与TPS计算值的差别为2.01%，具有剂量学优势;机臂置180°向上加补偿物和不同厚度散射体，实际测量剂量逐步提高，加5 cm厚度散射体照射实际测量剂量提高最显著为10.26%且与TPS计算值相差值接近，对剂量影响最小。直线加速器细胞照射采用机臂置180°向上加补偿物的照射方法，避免了培养皿照射时空腔效应对照射剂量的影响;采用机臂置180°向上加补偿物和散射体的照射方法，即避免了培养皿照射时空腔效应对剂量的影响，同时也增加了剂量的背散效应，具有剂量学优势，加5 cm厚度散射体的照射方法，实际测量的剂量值和TPS计算的剂量值更接近。

直线加速器;细胞照射;散射体;剂量

引言

肿瘤的基础研究需要对所培养的或采集的细胞进行照射，观察测量细胞受照射以后的变化和反应。现阶段国内大多医院使用直线加速器治疗肿瘤，使用Co-60治疗机的医院逐步减少，所进行基础研究的细胞照射，也采用直线加速器6 Mv-X线，其PDD(百分深度剂量)最大剂量点大多在模体表面下1.5 cm左右，与 Co-60γ线最大剂量点在模体表面下0.5 cm相比较深，故在直线加速器上所实施时，采用 6 Mv-X 射线照射，源物距 100 cm［1－2］，在射线入射方向上加1.5 cm补偿物以作剂量建成［3］，目前尚无采用6 Mv-X射线对细胞照射方法剂量学研究的文献报道。然而，细胞照射剂量描述是基于模体中的测量数据，依据辐射剂量学的衰减和分布原理行细胞照射时，细胞须置于剂量变化显著的建成区之后［4－5］，培养皿内细胞与皿盖之间存在空腔或气腔，由于空腔周围的散射贡献变化，导致对实际接受的剂量存在影响［6－8］，另外培养皿后方缺乏散射体(文中称为背散)，小于8 Mv-X线照射要考虑反向散射［9］，这些因素均导致实体照射剂量与体模测量剂量存在差异，势必造成研究成果在剂量定量方面存在瑕疵。本研究拟就加速器行细胞照射的方法进行剂量学实验，探讨具有剂量学优势的细胞照射方法。

1 材料与方法

1.1 材料

1.直线加速器为瑞典医科达生产的ELEKTA PRECISE，其床板为中空的1 mm厚的塑料板，射线为6 Mv-X线，其建成深度为1.5 cm，射野采用40 cm ×40 cm，出束单位为 MU，1 MU=0.010 05 Gy。

2.剂量仪为德国PTW生产的PTW UNIDOS剂量仪，电离室0.6 cc，电离室平衡帽直径1.5 cm。

3.剂量建成区材料和剂量散射体为测量专用的标准有机玻璃板，厚度分别为 0.5、1、2、4 cm，大小为50 cm×50 cm。

4.计划系统与数据处理软件:治疗计划系统为瑞典医科达生产的ELEKTA PRECISE PLAN计划系统，数据处理软件为8.0版本的 SAS统计分析软件。

1.2 方法

1.2.1 细胞照射方法1

直线加速器机臂置0°，剂量仪探头加平衡帽置于治疗床上，其上放置1 cm有机玻璃板，与探头之间置留2 mm间隙，其周围放置培养皿，模拟培养皿内细胞与培养皿盖之间的间隙，测量SSD=100 cm、100 MU时的剂量，见图1(a)，重复测量5次，记录数据。

1.2.2 细胞照射方法2

直线加速器机臂置180°，治疗床上放置1 cm有机玻璃板，剂量仪探头加平衡帽置于其上固定，周围放置培养皿，测量SSD=100 cm、100 MU时的剂量，见图1(b)，重复测量5次，记录数据。

图1 培养皿细胞照射示意图。(a)方法1机架0°;(b)方法2机架180°Fig.1 The sketch map of radiation methods of culture plates.(a)Method 1;(b)Method 2

1.2.3 细胞照射方法3

直线加速器机臂置180°，治疗床上放置1 cm有机玻璃板，剂量仪探头加平衡帽置于其上，周围放置培养皿，其上放置1 cm厚有机玻璃板作为散射体，测量SSD=100 cm、100 MU时的剂量，见图2，重复测量5次，记录数据。

图2 加散射体的培养皿细胞照射方法示意图Fig.2 The sketch map of radiation methods of culture plates with scattered bodies

1.2.4 细胞照射方法4和方法5

在方法3的基础上分别将散射体换为3 cm和5 cm厚有机玻璃板，其余不变。

1.2.5 数据处理

测量数据经过SAS统计分析软件处理，取平均值和标准差，取值精度小数点后两位数。

1.2.6 模拟计算剂量

在ELEKTA PRECISE PLAN治疗计划系统中，模拟上述5种照射方法的条件，分别计算电离室测量所在空间位置的剂量。

2 结果

2.1 5种细胞照射方法的剂量

上述不同细胞照射方法的实际测量值，经过必要的统计处理结果，取平均值和标准差，取值精度为小数点后四位数见表1，在PTS中模拟每种照射方法的条件进行计算值的结果见表1。表1中实际测量值项，其数值均为5次测量的数值经过SAS统计软件处理的均值和误差值，TPS计算值与实际测量值差值的百分比项的计算方法为

(TPS计算值与实际测量值差值的绝对值/TPS计算值和实际测量值的均值)×100% (1)

上述5种细胞照射方法中，TPS计算值和实际测量值逐步增加见表1，方法1的计算剂量和测量剂量与方法2以及其后的其他方法相差较大，方法3～方法5的剂量逐步增加，显示方法1无剂量学优势。

2.2 培养皿的空腔效应

方法1和方法2的测量结果和在TPS中模拟照射条件计算的结果见表1，两种方法的区别在于:方法2，机架置于180°时，培养皿置于作为剂量建成的有机玻璃板上，其内为细胞，从射线入射方向上看，细胞与作为剂量建成区的有机玻璃板和培养皿底板紧密接触无空腔，见图1所示。

表1 不同照射方法的TPS计算值和实际测量值Tab.1 Measured values and calculated values of TPS for different methods

利用两种照射方法的剂量增加值的百分比来比较两种方法之间的优势，计算方法为

方法2和方法1的TPS计算值相差2.01%，方法2和方法1的实际测量值相差5.65%，即实际测量值提高了5.65%，考虑了空腔效应的方法2明显优于方法1。

2.3 细胞照射的散射效应

方法3是在方法2的基础上，加1 cm厚、50 cm×50 cm有机玻璃作为散射体，见图2所示，其实际测量结果和 TPS计算结果见表1，方法4和方法5分别增加散射体厚度为3 cm和5 cm，剂量相应增加。利用两种照射方法的剂量增加值的百分比来比较各方法之间的优势，计算方法为式(2)。

方法3～方法5均采用了逐渐增加散射体厚度的方法，依次与前一种方法从TPS计算值相差值和实际测量值差值的百分比做比较，结果见表2。加散射体后的剂量和与相应前一种方法之间的剂量差的百分比变化趋势显示:加散射体的照射方法的实际剂量比不加散射体的剂量增加较大，随着散射体厚度的增加，实际剂量增加，但其差值百分比逐步减小，当散射体为5 cm厚，面积足够大(50 cm ×50 cm)时的实际剂量测量值和TPS剂量计算值变化最小。方法5相对方法1实际测量剂量提高了10.26%，总体看来第5种方法最具有剂量学优势。

3 讨论

3.1 细胞照射时的空腔效应

细胞或培养后的细胞进行射线照射来研究细胞对射线的反应及变化是基础研究的方法之一，一般细胞培养需在培养皿内进行，照射时将培养皿置于射野内，由于培养皿内有细胞但不可能装满，细胞上表面与皿盖之间有间隙，照射时需要考虑射线的空腔效应对剂量的影响［6－8］。本研究的结果显示:方法2考虑了培养皿空腔对剂量的影响，实际测量值和计算值均明显优于未考虑培养皿空腔剂量影响的方法1。实验用的培养皿有多种型号，作者认为相关实验应采用同一种型号的培养皿，采用同样的方法进行照射，将空腔效应予以重视，实际剂量更准确，以此方法所做的研究结果更具有可比性。

表2 不同厚度散射体照射方法剂量差别的比较Tab.2 Measured values and calculated values of TPS for methods with different scattered bodies

3.2 细胞照射时的背散效应

模体内的某一点的剂量贡献，有原射线和来自加速器机头的散射线，还有来自于这一点周围的组织或结构的次级射线［9］，来自于某一点后面组织和结构的次级射线称之为背散，由此产生的效应和剂量变化称之为背散效应。本研究中的细胞照射方法3～方法5均采用了增加散射体即背散效应的方法，而且背散体的厚度随之增加，结果显示方法3和依次后面的方法与其前一种方法之间在TPS计算值和实际测量值都存在差别，而且差别逐步缩小，见表2，说明有背散的照射方法优于无背散的照射方法，在一定范围内背散越厚剂量越大，与计算值差别越小，两两照射方法的剂量差值比较结果支持这一观点。

3.3 照射剂量与方法

细胞照射的剂量准确，研究结果之间具有更强的可比性，更好地引导相应的临床研究。本研究中不考虑空腔剂量效应和背散效应的方法1计算值与实际值差别值最大，为5.51%，方法5考虑了剂量的空腔效应和背散效应，其计算值和测量值的差值为0.31%，最具优势，不同单位的研究所涉及的剂量大小不同，有 2 Gy［10］、4 Gy［1］、6 Gy［12］、8 Gy［11］、10 Gy［12］不等，如按照 TPS计算值照射，实施方法 1的2 Gy处方剂量，实际剂量为2.11 Gy，10 Gy的处方剂量实际剂量为10.551 Gy，实施方法5的 TPS计算值和实际剂量测量值分别为:2.006 Gy和10.031 Gy;方法5相对方法1具有明显的剂量学优势。

细胞经过射线照射后观察其对射线的反应以及变化的趋势，作者认为在利用直线加速器进行细胞照射时，依据各单位细胞照射的实际条件，充分考虑细胞照射过程中影响照射剂量的空腔效应和背散效应，建议采用机架置于180°，射线从培养皿的底部向上照射，设置补偿物作剂量建成、减少培养皿内的空腔效应和增加散射体使剂量准确，散射体以5 cm以上为宜，以5 cm厚的水袋可替代有机玻璃板作为散射体。采取具有优势的细胞照射方法进行照射，减少剂量学差异和不稳定因素，提高研究结果的准确性和可比性。

4 结论

直线加速器细胞照射采用机臂置180°向上加补偿物的照射方法，避免了培养皿照射时空腔效应对照射剂量的影响;采用机臂置180°向上加补偿物和散射体的照射方法，即避免了培养皿照射时空腔效应对剂量的影响，同时也增加了剂量的背散效应，具有剂量学优势，加5 cm散射体的照射方法的最具优势，照射细胞的实际剂量更接近测量的剂量值和TPS计算的剂量值。采取具有剂量学优势的方法进行细胞照射，减少剂量学差异和不稳定因素，提高研究结果的准确性和可比性。

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Investigation of the Radiation Methods of the Experimental Cell on the Linear Accelerator

ZHENG Zu-An FU Xiu-Gen*LIU FeiWANG Jun-Feng ZHENG WeiYAN Fang
(Department of Oncology，Tongji Hospital，Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430030，China)

linear accelerator;experimental cell radiation;scattered body;dose

R318.08

D

0258-8021(2012)05-0781-04

10.3969/j.issn.0258-8021.2012.05.020

2012-03-13，录用日期:2012-07-28

*通信作者。 E-mail:fuxiugen@163.com