近距离放疗施源器挡块对放疗剂量分布的影响

王新，刘浩,，李公平，唐成琼，许敏

1.新疆医科大学附属肿瘤医院，新疆乌鲁木齐 830011；2.兰州大学 核科学技术学院，甘肃 兰州 730000；3.乌鲁木齐市友谊医院，新疆 乌鲁木齐830049

近距离放疗施源器挡块对放疗剂量分布的影响

王新1，刘浩1,2，李公平2，唐成琼1，许敏3

1.新疆医科大学附属肿瘤医院，新疆乌鲁木齐 830011；2.兰州大学 核科学技术学院，甘肃 兰州 730000；3.乌鲁木齐市友谊医院，新疆 乌鲁木齐830049

本文根据在近距离放疗施源器中添加挡块有利于保护正常组织的原则，使用Ir-192放射源和圆柱形施源器制定治疗计划，并在施源器内分别添加90°和180°挡块，得到计划剂量分布结果。随后借助特制的模体，采用二维电离室矩阵，分别从施源器冠状面和矢状面测量剂量分布，采用γ分析法（3%，3 mm）比较计划剂量分布和实测剂量分布差异。结果表明，挡块遮挡区内组织器官的辐射剂量远低于肿瘤的处方剂量，说明使用挡块可以有效降低辐射剂量，保护正常组织器官。

近距离治疗剂量分布；带挡块施源器；二维矩阵；辐射剂量

近距离放疗是通过将放射源直接放在肿瘤内或放在肿瘤旁，提高肿瘤区并降低正常组织和危及器官的剂量的现代放疗的基本方法之一，该疗法主要用于治疗宫颈癌[1]，前列腺癌[2]和乳腺癌[3]等癌症。通过正向或逆向优化放射源的驻留位置和驻留时间，可以得到合理的剂量分布，使得高剂量区覆盖肿瘤，低剂量区覆盖正常组织和危及器官[4]。当肿瘤位于阴道或直肠一侧时，利用挡块对射线屏蔽，能有效降低健侧组织受量，解决单一优化放射源的驻留位置和驻留时间难以降低健侧正常组织放射剂量的问题，保护正常组织。通过这一方法设计出可附加挡块的圆柱形施源器，用于治疗阴道癌和直肠癌。

挡块有减弱主射线、影响散射线和使放射源周围剂量分布不对称的效果，挡块表面和放射源附近的剂量梯度很大。当挡块在施源器内紧贴放射源放置时，很难计算挡块屏蔽区的剂量分布。

测量放疗剂量分布的方法主要有：① 胶片法[5-6]；②热释光法[7]；③ 半导体探头测量法[8]；④ 胶体扫描测量法[9]；⑤ 电离室矩阵测量法[10]。MatriXX是一种二维电离室矩阵，由德国IBA公司制造，常用于测量调强放疗剂量分布，具有可靠、省时间、效率高的优点[11]。MatriXX也曾被用于测量Ir-192高剂量率近距离放疗的剂量分布和绝对剂量[10]。本研究借助特制模体，采用MatriXX测量带挡块的圆柱形施源器周围的放疗剂量分布，旨在从实验测量和理论计算两方面观察在施源器中添加挡块后，其周围剂量分布的变化情况。

1 材料和方法

本实验采用二维电离室矩阵MatriXX （I’Mrt MatriXX，IBA Dosimetry，Germany）完成。该矩阵包含1020个电离室，排列成1个32×32 的方阵，每个电离室呈圆柱形，直径4.5 mm，高5 mm，测量体积0.08 cc，相邻2个电离室中心间距为7.6 mm，矩阵的有效测量面积为240 mm×240 mm，可测量的最大剂量率为6 Gy/min，最小剂量率为0.02 Gy/min。能量在100 kV～300 kVp范围内的X射线的能量变化使矩阵有明显响应[10]。因为较难对Ir-192能量进行绝剂量刻度，所以本研究仅测量相对剂量分布。用6 mV外照射射线刻度矩阵，使所有电离室响应一致。

本研究中使用的施源器（part#084.320，Nucletron B.V.，Veenendaal，The Netherlands）由1个中央管、1个圆柱形塑料外壳、1个90°钨合金挡块和1个180°钨合金挡块构成（图1），用于治疗阴道癌和直肠癌。挡块通过紧贴中央管插入圆柱形外壳内，医生根据情况可选择不同的挡块并确定挡块的位置。

图1 可添加挡块的圆柱形施源器实物图

本研究用后装治疗计划系统（Oncentra☒ Brachy v4.1，Nucletron B.V.，The Netheriands）设计了3个计划，分别命名为P0、P90和P180。在3个计划中，治疗长度设定为50 mm，处方剂量点为自施源器顶端沿中央管向下25 mm旁开18 mm处，处方剂量指定为1 Gy。

在P0中，施源器中不含挡块；在P90中，放源器中含有1个90°的挡块；在P180中，施源器中含有1个180°的挡块。该计划系统根据AAPM 的第43号报告（2004）中的有关公式计算剂量分布，与90°的挡块和180°的挡块对应的传输系数分别为0.23和0.17；计划系统分别计算出3个计划的剂量分布，1 Gy归一为100%剂量；计算网格为1 mm。

为了保证测量准确，采用PMMA材料特制了1个模体。模体为长方体，底面为正方形，边长240 mm，高120 mm。在模体上钻2个圆孔，分别命名为Hcenter 和Hside，孔的规格均为直径25 mm、深120 mm。孔Hcenter位于模体中心；孔Hside位于模体边缘，且与模体边相切。测量施源器横戴面剂量分布时，施源器插入Hcenter孔；测量矢状面和冠状面剂量分布时，施源器插入Hside孔（图2）。

图2 剂量分布测量方式示意图

采用后装治疗机（microSelectron HDR v2，Nucletron B.V.，The Netheriands）分别执行治疗计划P0、P90和P180，同时测量剂量分布。后装机使用Ir-192放射源（192-Ir-Mhdr-v2，Mallinckrodt Medical B.V.，Petten，The Netherlands）。

用MatriXX相关的软件（OmiPro-I’mRT version 1.6，IBA Dosimetry，Germany）处理分析测量得到的数据，同时把计划系统计算出的剂量分布导入该软件中。测量数据和计算数据都按空间相同的点归一，用γ指数分析法（3%，3 mm）分析对比测量数据和计算数据的一致性。

2 结果

图3和图4显示了计划系统计算得出的剂量分布与实验测量得到的剂量分布以及γ指数分布。图3中横截面距中央管顶端12 mm，图4中冠状面距中央管17 mm。两图中，

第1列是计划系统计算的剂量分布，第2列是实验测量得到的剂量分布，第3列是用等剂量线表示剂量分布，第4列是γ分布；第1、2和3行分别是无挡块、有90°挡块和有180 °挡块时的剂量分布。比较结果显示两种剂量分布基本一致（γ＜1，通过率＞95%），比较结果见表1。

表1 治疗计划与实验测量的剂量分布对比结果（γ：3%，3 mm）

3 讨论

图3（第1行）与图4（第1行）显示P0计算得出的剂量分布与用MatriXX测量得到的剂量分布一致（γ＜1，通过率达到99%）。图3（第2行和第3行）、图4（第2行和第3行）分别从横截面和冠状面显示被挡块屏蔽的区域剂量明显下降，说明挡块对正常组织和器官具有保护作用。但是，在使用了挡块后，横截面（图3，第4列）与冠状面（图4，第4列）的γ＞1的像素点的数量明显增加，这些像素点主要集中在挡块与中央管相交的界面附近，这些区域的最大厚度数据横截面：P90=7.5 mm，P180=6.9 mm；冠状面：P90=6.5 mm，P180=6.8 mm。在这些区域内，剂量梯度很大，计算这部分的剂量分布面临很大挑战；这些区域内的剂量远低于肿瘤区域内的剂量，因此不会导致临床并发症；计划系统计算出的剂量减弱速度明显快于实验测量的结果。

4 结论

本研究采用治疗计划系统计算出带挡块的施源器周围的剂量分布[12]，并采用二维电离室矩阵测量带挡块的施源器周围的剂量分布，2种方法均证明挡块可以大大减弱放疗剂量；对比2种剂量分布发现使用挡块后，实验测得的分布与计算的分布之间具有很好的一致性；但在挡块的屏蔽区与非屏蔽区交界面附近，2种分布之间存在明显差异，计算得出的剂量低于实验测得的剂量，但2者都远低于肿瘤区域内的剂量，在临床可接受的范围内。

图3 横截面上的剂量分布结果

图4 冠状面上的剂量分布结果

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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

乌鲁木齐市科技计划项目（Y12310011）。

本文作者：王新，主任技师。

作者邮箱：xjzlyywx@sina.cn