利用磺胺酸/电子顺磁共振系统开发虚拟模型并分析近距离放射治疗的剂量学

《Brachytherapy》：Development of a phantom and analysis of brachytherapy dosimetry using the sulfamic acid/electron paramagnetic resonance system

epoxy树脂圆柱体模用于高剂量率（HDR）近距离放疗剂量验证，结合硫酸胺/EPR系统建立线性校准曲线（1-8 Gy），实验证实该系统可准确评估源周剂量梯度，为放疗质控提供可靠平台。

　　

吉兹兰·布克里斯（Ghizlane Boukhris）| 穆罕默德·米库（Mohammed Mikou）| 奥马尔·拉祖阿尼（Omar Rhazouani）| 雷杜安·贝达维（Redouane Baydaoui）| 索菲亚·杰巴里（Sofia Jebbari）| 阿卜杜斯拉姆·布克（Abdeslam Bouk）| 杜尼娅·卡马尔（Dounia Kamal）

摩洛哥塞塔特（Settat）哈桑一世大学（University Hassan I）科学与技术学院新兴技术实验室（Laboratory for Emerging Technologies, Faculty of Science and Techniques, University Hassan I, Settat, Morocco）

摘要

目的

设计并开发一种基于环氧树脂的圆柱形模拟体，以模拟高剂量率（HDR）近距离放射治疗中的癌症治疗条件，并利用磺胺酸/电子顺磁共振（Sulfamic Acid/EPR）系统评估¹⁹²Ir源周围的空间剂量分布。

方法与材料

使用环氧树脂制作了一个圆柱形模拟体，以便能够将¹⁹²Ir HDR近距离放射治疗源和多个磺胺酸剂量计精确地插入预定位置。本研究中使用的剂量测量系统结合了磺胺酸检测器和EPR读出装置来量化吸收剂量。剂量计接受了从1到8 Gy的辐射剂量，测量了EPR信号强度以建立校准曲线。随后，将多个剂量计战略性地放置在距离源不同位置的位置，以实验性地确定模拟体内部的剂量分布。

结果

EPR剂量测量系统在1-8 Gy范围内显示出线性剂量-响应关系。不同位置的吸收剂量值是根据建立的校准曲线得出的。在¹⁹²Ir源附近观察到了明显的剂量梯度，这与HDR近距离放射治疗的理论预期一致。剂量评估过程的总体不确定性估计约为8%（k = 2）。

结论

本研究表明，EPR/磺胺酸剂量测量系统为HDR近距离放射治疗中的剂量评估提供了一种可靠且准确的方法。所开发的环氧树脂模拟体为近距离放射治疗的实验剂量验证和质量保证提供了一个实用且可重复的平台。

引言

近距离放射治疗是一种利用电离辐射对某些类型癌症进行局部治疗的方法。该技术涉及通过导管将密封的放射源直接插入肿瘤内部或附近（1）。鉴于放射源与待治疗目标之间的几何接近性，确保精确施用预定剂量至关重要，以保证肿瘤治疗的效率同时不影响邻近器官。

然而，由于放射源周围的剂量梯度非常陡峭，准确确定近距离放射治疗中的吸收剂量是一个重大挑战。这种困难还因放射源放置的微小不确定性、组织异质性的变化以及剂量分布的各向异性而加剧，所有这些因素都使得剂量计算变得复杂（2）。

为了克服这些挑战并提高治疗精度，国际辐射单位委员会（ICRU）建议在近距离放射治疗中实施体内剂量测量（3）。使用实时体内剂量计可以精确评估治疗过程中施加的剂量。剂量计生成的数据使临床医生能够实时了解所输送的剂量（4）。根据这些建议，许多研究探讨了在高剂量率（HDR）近距离放射治疗中应用多种类型的检测器进行体内剂量测量，例如二极管、MOSFET、OSL检测器和组织等效TLD（[5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14]）。

在现有的剂量测量技术中，电子顺磁共振（EPR）作为一种光谱方法脱颖而出，它能够检测材料中的过渡离子、自由基和晶体缺陷。该方法以其准确性、可靠性和非破坏性而著称，可以在需要时重复进行剂量测量（15,16），并且可以使用同一检测器在整个治疗过程中测量累积剂量（17）。这些特性突显了各种材料在体外放射治疗中用于体内剂量测量的潜力，包括丙氨酸（[18], [19]）、糖（20）和甲酸锂一水合物（21）。然而，在近距离放射治疗背景下使用EPR的研究仍然相对较少（22,23）。

鉴于磺胺酸（24）比其他用于放射治疗的材料具有更高的灵敏度，本研究探讨了磺胺酸在近距离放射治疗领域的可行性。为此，开发并制作了一个均匀的环氧树脂模拟体，以便实验评估使用磺胺酸和高剂量率¹⁹²Ir源的EPR剂量测量系统的有效性。

该模拟体作为一个受控的物理环境，用于研究¹⁹²Ir近距离放射治疗源周围的空间剂量分布。研究包括两个主要阶段。第一阶段专注于建立磺胺酸/EPR剂量测量系统的校准曲线。第二阶段是将一组磺胺酸样品放置在制备好的模拟体内，然后用¹⁹²Ir近距离放射治疗源对其进行照射。照射后，使用EPR量化吸收剂量。第二阶段的目的是评估¹⁹²Ir源周围的剂量梯度。

模拟体制作

模拟体的制作

本研究中制作均匀模拟体的目的是为了创建一个用于HDR近距离放射治疗实验研究的组织等效树脂模型。所开发的模拟体必须允许在近距离放射治疗源周围的不同位置插入多个剂量计，以测量输送的剂量。

在这项工作中，特定的高剂量率近距离放射治疗模拟体主要由环氧树脂制成（25）。所选的环氧树脂是PX8340（Sokadep，摩洛哥）。

磺胺酸的EPR光谱

用¹⁹²Ir光子照射的磺胺酸的EPR光谱主要包含一个单峰（单一峰值），其g因子为1.91476 ± 0.00022。这种EPR信号是由各向同性的硫 trioxide 阴离子 SO₃^-（28）引起的。EPR光谱可以量化由照射产生的这种顺磁自由基的浓度。该光谱的幅度可以通过测量峰对峰值（PPH）来评估，如图6所示。

对于每个使用的剂量，样品都进行了照射，并进行了EPR测量。

结论与展望

结论与展望

在这项研究中，我们制作了一个均匀的组织等效树脂模拟体，用于进行高剂量率（HDR）近距离放射治疗的实验研究，并利用磺胺酸/EPR剂量测量系统评估¹⁹²Ir源周围的剂量分布。模拟体的设计便于精确放置放射源和剂量计，从而能够全面分析放射源附近的剂量梯度。

初步的照射实验表明...