高剂量率后装近距离治疗室迷路结构辐射剂量分布的精确测量与建模研究

本研究针对高剂量率后装近距离治疗(HDR brachytherapy)设施屏蔽设计中经验公式几何假设过度简化导致的剂量估算偏差问题，通过整合实验测量、蒙特卡洛模拟与理论建模的三重验证框架，系统评估了符合标准的192Ir HDR治疗室迷路剂量分布。研究发现现行公式虽具基础适用性，但与实测值存在显著差异，需引入迷路特异性修正因子（如墙长依赖性散射衰减系数）。蒙特卡洛模拟通过理想化辐射传输建模展现出优于物理测量的剂量学保真度，所推导的指数衰减公式精准表征了迷路剂量梯度。该成果为ALARA原则下的新一代放疗设施优化提供了验证框架。

　　

在当代放射医学技术快速发展的背景下，高剂量率后装近距离治疗(HDR brachytherapy)凭借其精准照射优势，已成为宫颈癌等疾病治疗的关键手段。然而，这类治疗设施的辐射防护设计长期依赖基于简化几何假设的经验公式，可能导致剂量估算偏差，影响医护人员和公众的辐射安全。尤其作为屏蔽结构核心的迷路，其剂量率衰减特性直接决定墙体与防护门的厚度设计，但目前缺乏精确的量化评估方法。

为攻克这一难题，来自国内某医院的研究团队在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》发表了一项开创性研究。该团队选取已通过放射防护验收的临床治疗室为对象，构建了实验测量-蒙特卡洛模拟-理论计算的三维验证体系。通过自主研发的检测系统（含AT1123 X/γ辐射剂量当量率仪）、Geant 4工具包的精细化建模（包含0.5 mm直径¹⁹²Ir源及0.2 mm不锈钢包壳的几何还原），以及国家标准公式的对比分析，首次实现了迷路辐射场的多维度表征。

主要技术方法
研究采用三重技术路线：1) 基于国家职业卫生标准的理论计算（含H=AK_γ/R²·B等公式）；2) Geant 4蒙特卡洛模拟（2.35 g/cm³混凝土全尺寸建模）；3) 实验测量（经中国计量科学研究院校准的AT1123仪器，探头悬高1.24 m）。数据经SPSS 23.0进行Shapiro-Wilk正态性检验和Mann-Whitney U检验分析。

研究结果
3. Results

• 理论计算与实测值虽无统计学差异（P=0.337），但存在系统性高估（中位数103.35 vs 321.45 μSv/h），揭示现行公式的保守性缺陷。
• 蒙特卡洛模拟与实测值偏差仅0.73%-7.55%，其拟合曲线Y=1258.44128·e^-x/1.52953-69.54019达到R²=0.989的精度，证实迷路剂量呈指数衰减而非传统逆平方律。

1. Discussion

• 迷路内墙长度对散射辐射的调制效应是公式偏差的主因，需引入墙长依赖性散射衰减系数校正。
• 蒙特卡洛模拟因消除仪器系统误差而优于物理测量，但需与实验数据联合校准。

结论与意义
该研究首次建立HDR治疗室迷路剂量分布的指数衰减模型，突破传统逆平方律的局限。提出的三重验证框架不仅为ALARA原则下的屏蔽优化提供黄金标准（如迷宫门厚度可减少15%-20%），更开创了"模拟校准实验-实验反哺理论"的放射防护设计新范式。特别是推导的指数公式可直接集成到治疗室设计软件中，推动下一代放疗设施向更安全、更经济的方向发展。