90Sr/90Y前列腺增生治療器輻射劑量場(chǎng)的分布研究摘要本文針對(duì)90Sr/90Y前列腺增生治療器輻射劑量場(chǎng)的分布展開(kāi)研究。通過(guò)洛文格公式理論計(jì)算、蒙特卡羅模擬以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定三種方法，得到該治療器輻射劑量場(chǎng)的分布情況。研究結(jié)果有助于深入了解治療器的輻射特性，為臨床安全有效使用提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)治療室的輻射防護(hù)設(shè)計(jì)與職業(yè)人員防護(hù)具有重要指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞90Sr/90Y前列腺增生治療器；輻射劑量場(chǎng)；洛文格公式；蒙特卡羅模擬；實(shí)驗(yàn)測(cè)定一、引言前列腺增生是老年男性常見(jiàn)疾病，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。90Sr/90Y前列腺增生治療器利用β粒子對(duì)前列腺增生病灶進(jìn)行放射治療，具有獨(dú)特的治療優(yōu)勢(shì)。了解其輻射劑量場(chǎng)的分布情況，對(duì)于優(yōu)化治療方案、保障患者安全以及做好輻射防護(hù)工作至關(guān)重要。通過(guò)精確掌握輻射劑量在空間和組織內(nèi)的分布規(guī)律，可以在有效治療疾病的同時(shí)，最大程度減少對(duì)周圍正常組織的輻射損傷，同時(shí)確保職業(yè)工作人員所受輻射劑量處于安全范圍內(nèi)。二、90Sr/90Y放射源特性90Sr衰變產(chǎn)生90Y，90Y進(jìn)一步衰變發(fā)射出β粒子。90Sr的半衰期約為28.8年，90Y的半衰期約為64.1小時(shí)。90Y發(fā)射的β粒子最大能量可達(dá)2.284MeV，由于β粒子在組織中的射程較短，這使得其能夠在前列腺局部區(qū)域產(chǎn)生較高的輻射劑量，從而有效作用于增生組織，而對(duì)周圍較遠(yuǎn)組織的影響相對(duì)較小。例如，在水-有機(jī)玻璃人體模型研究中發(fā)現(xiàn)，β粒子能量在短距離內(nèi)迅速衰減，在距源中心一定距離處劑量就已大幅降低，這一特性為其用于前列腺增生治療提供了物理基礎(chǔ)。三、輻射劑量場(chǎng)分布的研究方法3.1理論計(jì)算-洛文格公式洛文格公式可用于計(jì)算點(diǎn)源或簡(jiǎn)單幾何形狀源在均勻介質(zhì)中的輻射劑量分布。對(duì)于90Sr/90Y放射源，將其簡(jiǎn)化為點(diǎn)源或圓盤源模型。在計(jì)算點(diǎn)源在空氣中的劑量率分布時(shí)，考慮距離源的距離、源的活度以及空氣對(duì)β粒子的吸收和散射等因素。通過(guò)公式D=\frac{A\cdotE_{\beta}\cdot\Phi(\mur)}{4\pir^{2}}，其中D為劑量率，A為源活度，E_{\beta}為β粒子平均能量，\Phi(\mur)為與介質(zhì)吸收系數(shù)\mu和距離r相關(guān)的函數(shù)。在計(jì)算圓盤源在軟組織中的劑量分布時(shí)，需對(duì)圓盤進(jìn)行積分處理，考慮圓盤上不同位置處的點(diǎn)源對(duì)目標(biāo)點(diǎn)劑量的貢獻(xiàn)疊加。理論計(jì)算能夠初步給出輻射劑量場(chǎng)的大致分布趨勢(shì)，為后續(xù)研究提供理論參考。3.2蒙特卡羅模擬利用蒙特卡羅方法，借助MCNP軟件建立90Sr/90Y放射源和90Sr/90Y前列腺增生治療儀在治療時(shí)的空間模型。在模型中精確設(shè)定放射源的幾何形狀、活度、衰變特性，以及人體組織等效材料的相關(guān)參數(shù)，如密度、原子序數(shù)等。模擬β粒子從源發(fā)射后，在空氣、人體組織等介質(zhì)中的輸運(yùn)過(guò)程，包括散射、吸收等相互作用。通過(guò)大量的粒子追蹤統(tǒng)計(jì)，得到不同位置處的輻射劑量分布數(shù)據(jù)。與理論計(jì)算相比，蒙特卡羅模擬能夠更真實(shí)地考慮復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和粒子相互作用過(guò)程，得到更為準(zhǔn)確的劑量場(chǎng)分布結(jié)果。例如，在模擬治療器在人體模型中的劑量分布時(shí)，能夠精確反映治療器形狀、源的位置以及組織不均勻性對(duì)劑量分布的影響。3.3實(shí)驗(yàn)測(cè)定3.3.1實(shí)驗(yàn)裝置與材料選用水-有機(jī)玻璃人體模型模擬人體組織，其對(duì)輻射的吸收和散射特性與人體組織相近。使用LiF熱釋光探測(cè)器測(cè)量不同位置處的吸收劑量，LiF熱釋光探測(cè)器具有靈敏度高、線性響應(yīng)好、能量響應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量輻射劑量。同時(shí)，配備磁偏轉(zhuǎn)法和有機(jī)玻璃過(guò)濾技術(shù)用于研究軔致輻射劑量份額，以及BaF2探測(cè)器用于核輻射的計(jì)數(shù)測(cè)量。3.3.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程將90Sr/90Y弧面源直腸型前列腺增生治療器放置在水-有機(jī)玻璃人體模型的直腸模擬位置，在模型中不同位置打孔放置LiF熱釋光探測(cè)器，獲取336個(gè)不同位置處的吸收劑量值。通過(guò)磁偏轉(zhuǎn)法和有機(jī)玻璃過(guò)濾技術(shù)，在空氣中測(cè)量直腸型治療器的軔致輻射劑量份額。以有機(jī)玻璃為組織等效材料，用BaF2探測(cè)器進(jìn)行核輻射的計(jì)數(shù)測(cè)量，從而得到前列腺增生治療器產(chǎn)生的核輻射在組織中變化的物理圖象。實(shí)驗(yàn)測(cè)定能夠直接獲取實(shí)際情況下的輻射劑量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論計(jì)算和模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。四、輻射劑量場(chǎng)分布結(jié)果與分析4.1射程及軔致輻射份額通過(guò)理論計(jì)算、模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)定綜合分析，90Sr/90Y的β粒子在機(jī)體組織中的射程較短。在水-有機(jī)玻璃人體模型中，實(shí)驗(yàn)表明在距源中心1mm處，β射線衰減約57.40%；5mm處，衰減約99.21%；13mm處，衰減約99.98%。關(guān)于軔致輻射份額，在90Sr/90Y的β粒子在機(jī)體組織中最大射程處，實(shí)驗(yàn)測(cè)定軔致輻射劑量份額DR與探測(cè)器位置有關(guān)，最大不超過(guò)0.15%。蒙特卡羅模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)定在軔致輻射份額的趨勢(shì)上相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了結(jié)果的可靠性。軔致輻射在體模表面只衰減了總量的2.5%，說(shuō)明體表劑量的主要來(lái)源為軔致輻射，這對(duì)于患者體表防護(hù)以及職業(yè)人員防護(hù)具有重要指導(dǎo)意義。4.2點(diǎn)源與圓盤源劑量場(chǎng)分布4.2.1點(diǎn)源劑量場(chǎng)分布理論計(jì)算結(jié)果顯示，90Sr/90Y點(diǎn)源在空氣中，隨著距離源的距離增加，劑量率迅速下降。在軟組織內(nèi)，由于軟組織對(duì)β粒子的吸收作用更強(qiáng)，劑量率下降更為明顯。蒙特卡羅模擬結(jié)果與理論計(jì)算在趨勢(shì)上一致，但模擬結(jié)果考慮了更多實(shí)際因素，如介質(zhì)的不均勻性等，在具體數(shù)值上與理論計(jì)算存在一定差異。實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果驗(yàn)證了模擬和理論計(jì)算的趨勢(shì)，在距離源較近區(qū)域，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與模擬值和理論計(jì)算值較為接近，但在距離源較遠(yuǎn)區(qū)域，由于實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差以及實(shí)際情況中模型與理想情況的差異，測(cè)量值與計(jì)算值存在一定偏差，但總體趨勢(shì)一致。4.2.2圓盤源劑量場(chǎng)分布對(duì)于圓盤源，理論計(jì)算通過(guò)積分方法得到在空氣中和軟組織中的劑量分布。在空氣中，劑量分布呈現(xiàn)中心高、邊緣低的特點(diǎn)，且隨著距離增加，劑量下降趨勢(shì)與點(diǎn)源類似，但由于圓盤源的幾何形狀，在同一距離處，不同角度位置的劑量略有差異。在軟組織中，圓盤源的劑量分布更為復(fù)雜，不僅與距離有關(guān)，還與圓盤源的方向以及組織對(duì)輻射的吸收和散射特性密切相關(guān)。蒙特卡羅模擬精確地模擬了圓盤源在復(fù)雜介質(zhì)中的劑量分布情況，結(jié)果與理論計(jì)算在整體趨勢(shì)上相符，但在細(xì)節(jié)上，如劑量分布的不均勻性等方面，模擬結(jié)果更能反映實(shí)際情況。實(shí)驗(yàn)測(cè)定在水-有機(jī)玻璃人體模型中，通過(guò)多個(gè)位置的測(cè)量，得到了圓盤源在類似人體組織環(huán)境中的劑量分布情況，進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬和理論計(jì)算結(jié)果，為實(shí)際臨床應(yīng)用提供了直接的數(shù)據(jù)支持。4.3蒙特卡羅方法計(jì)算源在人體內(nèi)輻射劑量場(chǎng)蒙特卡羅方法計(jì)算得到的90Sr/90Y源在人體內(nèi)輻射劑量場(chǎng)分布，能夠清晰地展示不同器官和組織所受到的輻射劑量。前列腺作為靶器官，受到的輻射劑量最高，且在前列腺內(nèi)部，靠近放射源一側(cè)的劑量高于遠(yuǎn)離源一側(cè)。周圍的膀胱、直腸等器官也會(huì)受到一定劑量的輻射，但由于距離和組織屏蔽作用，劑量相對(duì)較低。通過(guò)模擬不同治療時(shí)間和源活度下的劑量場(chǎng)分布，可以為臨床確定最佳治療方案提供依據(jù)。例如，通過(guò)調(diào)整源活度和治療時(shí)間，在保證前列腺增生組織得到有效治療劑量的同時(shí)，盡量降低周圍正常組織的輻射劑量。五、輻射防護(hù)測(cè)評(píng)對(duì)佳木斯肛腸醫(yī)院前列腺治療室進(jìn)行輻射防護(hù)測(cè)評(píng)。通過(guò)測(cè)量治療室內(nèi)不同位置的輻射劑量，包括職業(yè)工作人員操作位置、患者等待區(qū)域等位置的輻射劑量。結(jié)合治療器的使用頻率、操作流程等因素，估算職業(yè)工作人員在放射性操作時(shí)所受的輻射劑量。結(jié)果表明，職業(yè)工作人員在正常操作情況下所受的輻射劑量小于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這得益于治療室合理的屏蔽設(shè)計(jì)，如墻壁采用了具有良好輻射屏蔽性能的材料，以及規(guī)范的操作流程，如工作人員佩戴個(gè)人劑量計(jì)、遵循時(shí)間-距離-屏蔽原則進(jìn)行操作等。但仍需持續(xù)監(jiān)測(cè)輻射劑量，確保輻射防護(hù)措施的有效性，保障職業(yè)工作人員和患者的健康安全。六、結(jié)論通過(guò)洛文格公式理論計(jì)算、蒙特卡羅模擬以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定三種方法，全面研究了90Sr/90Y前列腺增生治療器輻射劑量場(chǎng)的分布。明確了β粒子在組織中的射程、軔致輻射份額以及點(diǎn)源和圓盤源在空氣和軟組織中的劑量分布規(guī)律。蒙特卡羅模擬在考慮