基于CsI(Tl)光纤剂量计的HDR近距离治疗源剂量学参数模拟与测量研究

本研究针对HDR近距离治疗中192 Ir源剂量学参数精确测量的需求，创新性地采用CsI(Tl)光纤剂量系统，结合TOPAS蒙特卡罗模拟，系统评估了各向异性函数和径向剂量函数。研究揭示了荧光和切伦科夫辐射对信号准确性的影响，验证了光纤剂量计在临床剂量表征中的可行性，为优化近距离治疗质量保证提供了新方法。

　　

在肿瘤放射治疗领域，高剂量率近距离治疗(HDR brachytherapy)因其精准的剂量分布而备受关注。然而，作为核心放射源的¹⁹²
Ir剂量学参数测量仍面临挑战——传统探测器存在体积效应大、角度响应差等问题，而荧光和切伦科夫辐射(Cherenkov radiation)等次级效应更会干扰测量精度。这些因素直接影响治疗计划系统(TPS)的剂量计算准确性，进而关乎患者治疗效果。

针对这一难题，国外研究团队在《Radiation Measurements》发表创新成果。研究人员设计了一套基于铊掺杂碘化铯(CsI(Tl))闪烁晶体的光纤剂量系统，结合定制PMMA模体，对Flexisource ¹⁹²
Ir源开展系统性测量。通过TOPAS蒙特卡罗模拟平台（基于GEANT4框架）进行双重验证：先建立理想水模体中的源模型，再复现实验装置的光纤探头结构。关键技术包括：1）采用3×1.5mm CsI(Tl)晶体与1mm直径光纤耦合；2）在1.5-6cm距离和20°-155°角度范围采集数据；3）引入g4optical物理模块模拟光学过程；4）通过Bland-Altman分析评估测量一致性。

各向异性函数研究显示，在1.5-3cm距离范围内，70°和80°角度的测量值反常超过90°基准值（最高达1.050），该现象被归因于荧光和切伦科夫辐射的叠加效应。蒙特卡罗模拟成功复现了这一特征，两者差异最大为0.035（RMSE=0.0141-0.0185），验证了次级辐射对角度响应的影响规律。值得注意的是，在>90°区域信号主要来自闪烁体本身，偏差显著降低，这一发现为后续信号校正提供了方向。

径向剂量函数测量结果与Granero等发表数据高度吻合（最大绝对差0.011），证实了CsI(Tl)探测器在距离相关剂量评估中的可靠性。模拟与实验数据的RMSE为0.02144，尤其在3cm以外距离表现出更好的一致性，说明PMMA模体在短距离测量的局限性可通过模拟校正来补偿。

讨论部分强调，相比既往采用双光纤设计或光谱分离的复杂方案，本研究创新性地将次级辐射效应直接纳入校准模型，在单探测器系统中实现了2.6%的测量精度。这一突破不仅简化了临床QA流程，更为实时源追踪技术开发奠定了基础。作者指出，虽然模体尺寸和计划系统移动精度（最小1mm）带来0.02°-1.34°的角度偏差，但通过TOPAS模拟的"数字孪生"技术有效补偿了物理限制。

该研究标志着光纤剂量计从实验室工具向临床应用的重大跨越。通过精确量化CsI(Tl)系统在TG-43参数测量中的性能边界，不仅为HDR近距离治疗提供了新的剂量验证方案，其建立的蒙特卡罗模型更可作为"虚拟探头"指导新型探测器开发。未来整合人工智能校正算法后，这种兼具高精度和操作简便性的系统，有望成为近距离治疗质量保证的标准工具。