袁繼龍 馬 橋 何志堅 薛 嫻 程金生*

隨著臨床放射治療的不斷發(fā)展，近些年后裝機近距離放射治療越來越多地應用于臨床放射治療，或配合遠距離放射治療進行輻射劑量加強治療，或單獨進行適應證放射治療，而且隨著技術的發(fā)展、管理的需要及經(jīng)濟成本的考慮，相比后裝銥源，目前后裝鈷源可以加工成后裝銥源尺寸等級，兩者的臨床適用性和輻射生物效應相近，而且鈷源半衰期長，不需要經(jīng)常換源，在管理和經(jīng)濟成本方面有很大優(yōu)勢，只是后裝鈷源伽馬射線平均能量為1.25 MeV，高于銥源的0.397 MeV的平均能量，在設備及應用場所輻射防護方面需要特別注意[1-3]。根據(jù)國內外的標準規(guī)范，后裝機源強度的測量是鈷源后裝機質量控制中重要的一項，直接和臨床放射治療劑量的準確性相關。

近年來，德國、瑞典均推出了鈷源后裝機進行臨床放射治療，中國核動力研究院也推出新型鈷源后裝機，國內已有30余臺在用，而國內臨床放射治療使用的型號為GZP3型，國外制造的鈷源后裝機的源強度測量及基于蒙特卡羅模擬的劑量學研究報道很多[4-6]。但國產的GZP3型鈷源后裝機僅在國內進行臨床放射治療使用，其劑量學研究報道主要基于蒙特卡羅模擬計算和國外制造型號的鈷源后裝機進行比對研究，缺乏直接源強度測量驗證[7-9]。因此，不便于日常開展鈷源后裝機的質量控制，本研究針對國產GZP3型與德國Co0.A86型鈷源后裝機源空氣比釋動能強度實驗測量與蒙特卡羅模擬計算進行比較研究。

1 材料與方法

1.1 設備與材料

GZP3型鈷源后裝機(中國核動力設計研究院)；BEBIG鈷源后裝機(德國E&Z BIBIG公司)；井型電離室測量系統(tǒng)(1套德國PTW公司，1套美國Standard Imaging公司)；EGSnrc蒙特卡羅模擬程序工具包(加拿大國家研究中心開發(fā))。

表1 實驗測量和蒙特卡羅模擬計算結果比較

1.2 研究方法

分別采用基于井型電離室的實驗測量源空氣比釋動能強度和基于EGSnrc中FLURZnrc模塊進行蒙特卡羅模擬計算單位源空氣比釋動能強度的方法，針對國產GZP3型與進口Co0.A86型鈷源后裝機的源空氣比釋動能強度進行比較研究。

1.3 實驗測量

GZP3型鈷源后裝機需實驗測量3個通道，分別對應3顆鈷源，1#、2#通道為固定出源長度的通道，3#通道為步進通道，3顆鈷源的源強度不同，需要逐一測量；而1#、2#通道的源強度相差甚微，3#通道的源強度在3顆源中最大。本研究實驗使用PTW井型電離室及UNIDOS E測量主機，測量GZP3型后裝機鈷源空氣比釋動能強度，這套測量系統(tǒng)在德國PTW標準劑量學實驗室進行的醫(yī)用后裝鈷源空氣比釋動能強度校準因子傳遞，測量時將3顆源分別導入井型電離室最佳測量位置，收集電離電荷3次求平均值，經(jīng)過源強校準因子、溫度氣壓及電離電荷復合率的校正后計算源空氣比釋動能強度[10]。

Co0.A86型后裝機只有1顆鈷源，不固定通道，使用Standard Imaging的HDR1000PLUS井型電離室和MAX4000測量主機進行實驗測量，這套測量系統(tǒng)在美國威斯康辛標準劑量學實驗室進行的醫(yī)用后裝銥源空氣比釋動能強度校準因子傳遞，測量鈷源強度時，井型電離室的銥源和鈷源空氣比釋動能強度轉換因子kQ=1.05[11]。其余測量計算方法同GZP3型鈷源強度的處理方式保持一致。

1.4 蒙特卡羅模擬計算

GZP3型鈷源后裝機放射源外觀尺寸為Φ1.5 mm×3.5 mm，鈷源中心活性區(qū)尺寸為Φ1.0 mm×2.0 mm，活性區(qū)外為不銹鋼材料包裹。蒙特卡羅模型中，放射源為線源，按照美國AAPM TG43報告及其升級報告中的醫(yī)用后裝機放射源的劑量學模型進行建模，GZP3型鈷源后裝機的放射源，共3顆強度不同的鈷放射源，1顆可以步進控制源位置，另外2顆為固定出源長度，源構造相同，差別只是步進源緊靠源辮前端，固定離源辮前端有一定距離，兩者的差異會造成射線的散射不同，因此，對應的劑量學參數(shù)不同，這些源幾何結構差異會造成輻射劑量分布不同。

Co0.A86型鈷源后裝機放射源外觀尺寸為Φ1.0 mm×5.0 mm，鈷源中心活性區(qū)尺寸為Φ0.6 mm×3.5 mm，活性區(qū)和最外層不銹鋼包殼之間有0.1 mm空氣層[12]。蒙特卡羅模型建立和GZP3型鈷源處理方式一致。

蒙特卡羅模擬計算研究采用EGSnrc軟件[13]由加拿大國家研究院提供，分別對兩種型號的鈷源采用FLURZnrc模塊進行源通量的計算，根據(jù)文獻[14]提供的計算方法計算源單位空氣比釋動能強度。

2 結果

在實驗測量和蒙特卡羅模擬計算中，其源標稱活度值根據(jù)鈷源提供商的密封源放射檢驗證書的總活度值，結合測量鈷源后裝機的放射治療計劃系統(tǒng)中對應通道的源當前活度進行復核推算所得，Sk為源空氣比釋動能強度，偏差以測量值為基準進行計算，其結果見表1。

3 討論

源空氣比釋動能強度是目前表示醫(yī)用后裝機放射源強度的一種方式，其精確度可以控制在±3%之內，而源外觀活度的正?？刂品秶鸀椤?%，國際相關規(guī)范無論是美國AAPM TG56、歐洲ESTRO booklet 8以及國際原子能機構IAEA-TEC-1274均推薦使用空氣比釋動能強度表示源強度，其原因如下。

(1)由于醫(yī)用后裝源均為密封源，源外射線強度是裸源經(jīng)過源包殼的衰減和散射，和裸源的射線強度有很大差異，目前推薦的源外觀活度的計算，均需要源空氣比釋動能與源活度的轉換因子進行計算[10]。不確定度進一步疊加傳遞，使源外觀活度不確定度大于源空氣比釋動能強度。

(2)源空氣比釋動能與源活度轉換因子的值和源的幾何結構及包殼材料有很大關系，不同放射源生產商的放射源的結構和包殼材料不同，表1的“模擬計算的單位源活度空氣比釋動能因子Sk/A”一列可顯示出此差異，因此如標準所示針對同一種核素的放射源，采用單一源空氣比釋動能和源活度轉換因子，會使基于測量計算出的源外觀活度的不確定度增加，影響臨床放射治療劑量的計算，因此表1中，基于蒙特卡羅模型計算出的轉換因子更客觀反映出后裝放射源的劑量學差異，可以進一步提高相關劑量計算的精確度。

(3)源空氣比釋動能強度值可以直接測量獲得，國外標準實驗室已經(jīng)建立了醫(yī)用后裝源的井型電離室源空氣比釋動能強度校準體系，在k=2條件下，不確定度可以控制在3%之內，用源空氣比釋動能強度表示源強度可以有效保證臨床劑量計算精度[15-17]。蒙特卡羅模擬計算得到的源空氣比釋動能與源外觀活度轉換因子與新頒布的國家衛(wèi)生行業(yè)標準WS262-2017[10]中提供的因子有所差異，但是經(jīng)實驗測量驗證，蒙特卡羅模擬結果能更好的符合測量值，這個差異需要在臨床應用及質控時注意。

(4)實驗測量采用兩套井型電離室系統(tǒng)，一套直接進行了鈷源空氣比釋動能強度因子校準后開展測量，另一套采用銥源空氣比釋動能強度因子校準后結合文獻[11]提供的轉換因子開展測量，由于校準源不同，后者的測量結果不確定度大于前者1%，明確此類差異，方便根據(jù)工作需要選擇井型電離室的校準源，其他如井型電離室施源器等因素對測量結果的不確定度影響需要進一步研究。

4 結語

通過劑量學比較研究，基于蒙特卡羅模擬計算[18]單位源活度空氣比釋動能強度因子可應用于鈷源后裝機質量控制檢測工作中，可以提高測量準確度，本研究建立的兩種型號的后裝機鈷源蒙特卡羅模型，可以在開展相關臨床劑量學研究中應用。

參考文獻

[1]Richter J，Baier K，F(xiàn)lentje M.The Use of60Cosources for Afterloading alternate to192Irsources[M].World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2006.Springer Berlin Heidelberg，2007：1726-1729.

[2]Azhari HA，Hensley F，Schütte W，et al.Dosimetric verification of source strength for HDR afterloading units with Ir-192 and Co-60 photon sources：Comparison of three different international protocols[J].J Med Phys，2012，37(4)：183-192.

[3]Islam MA，Akramuzzaman MM，Zakaria GA.Dosimetric comparison between the microSelectron HDR192Ir v2 source and the BEBIG60Co source for HDR brachytherapy using the EGSnrc Monte Carlo transport code[J].J Med Phys，2012，37(4)：219-225.

[4]Anwarul IM，Akramuzzaman MM，Zakaria GA.EGSnrc Monte Carlo-aided dosimetric studies of the new BEBIG(60)Co HDR brachytherapy source[J].J Contemp Brachytherapy，2013，5(3)：148-156.

[5]Campos LT，de Almeida CE.Monte Carlo Dosimetry of the60Co BEBIG High Dose Rate for Brachytherapy[J].Plos One，2015，10(9)：e0139032.

[6]Sander T.Air kerma and absorbed dose standards for reference dosimetry in brachytherapy[J].Br J Radiol，2014，87(1041)：176-189.

[7]王先良，袁珂，唐斌，等.GZP型60Co源劑量學參數(shù)的蒙特卡洛模擬[J].中華放射腫瘤學雜志，2016，25(5)：489-495.

[8]龍鳳翔，許安建，雷琴，等.GZP3鈷-60近距離治療源劑量學參數(shù)的蒙特卡洛計算[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2017，34(2)：115-120.

[9]王俊.GZP3近距離放療劑量學參數(shù)模擬與DVH計算[D].成都：成都理工大學，2015.

[10]中華人民共和國衛(wèi)生行業(yè)標準.WS262-2017后裝γ源近距離治療質量控制檢測規(guī)范[S].中華人民共和國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會，2017-04-10.

[11]Schüller A，Meier M，Selbach HJ，et al.A radiation quality correction factor kQ for well-type ionization chambers for the measurement of the reference air kerma rate of60Co HDR brachytherapy sources[J].Medical Physics，2015，42(7)：4285-4294.

[12]Perezcalatayud J，Ballester F，Das RK，et al.Dose calculation for photon-emitting brachytherapy sources with average energy higher than 50 keV：report of the AAPM and ESTRO[J].Medical Physics，2012，39(5)：2904-2929.

[13]Sahoo S，Selvam TP，Sharma SD，et al.Dosimetry of indigenously developed(192)Ir high-dose rate brachytherapy source：An EGSnrc Monte Carlo study[J].J Med Phys，2016，41(2)：115-122.

[14]Borg J，Rogers DWO.Spectra and air-kerma strength for encapsulated192Ir sources[J].Med.Phys，1999，26(11)：2441-2444.

[15]Rivard MJ，Granero D，Perezcalatayud J，et al.Influence of photon energy spectra from brachytherapy sources on Monte Carlo simulations of kerma and dose rates in water and air[J].Medical Physics，2010，37(2)：869-876.

[16]Tabrizi SH，Asl AK，Azma Z.Monte Carlo derivation of AAPM TG-43 dosimetric parameters for GZP6 Co-60 HDR sources[J].Phys med，2012，28(2)：153-160.

[17]Nath R，Anderson LL，Meli JA，et al.Code of practice for brachytherapy physics： Report of the AAPM Radiation Therapy Committee Task Group No. 56[J].Medical Physics，1997，24(10)：1557-1598.

[18]袁繼龍，程金生，劉立明，等.動態(tài)旋轉體部伽瑪?shù)遁椛鋭┝繉W蒙特卡羅模擬研究[J].中國醫(yī)學裝備，2017，14(8)：1-4.