外部参数对PAKAG聚合物凝胶剂量计响应影响的评估：入射光子能量和剂量率

《Radiation Physics and Chemistry》：Evaluation of the external parameters effects on the response of the PAKAG polymer gel dosimeter: incident photon energy and delivery dose rate

PAKAG PGD的剂量率与光子能量影响评估。研究通过实验室制备PAKAG凝胶剂量计，测试6MV和18MV光子束及50-350cGy/min剂量率对R2值的影响，发现光子能量显著影响剂量-响应关系（P<0.05），剂量率影响不显著（P>0.05），剂量分辨率0.1-0.4Gy。

　　

Seyed Mohammad Mahdi Abtahi | Abdulrahman Rashidi | Sara Eftekhari

伊朗卡兹温伊玛目霍梅尼国际大学物理系

摘要

最近，一种新型的、更环保的聚合物凝胶剂量测量配方被引入。这种新配方被称为PAKAG。本研究探讨了束流质量和剂量率对PAKAG聚合物凝胶剂量计（PGD）的影响。PAKAG PGD在实验室大气条件下制造，之后每隔12小时，样品在6 MV和18 MV的束流质量下进行辐照，剂量率范围从50到350 cGy/min。随后，使用磁共振成像（MRI）技术在辐照后2小时、12小时、24小时、48小时和72小时测量PGD的自旋-自旋松弛率（R2）。通过对PAKAG PGD的响应进行检测（在辐照后每隔12小时一次），得到以下结果：1）剂量-R2响应和灵敏度对光子能量（6 MV和18 MV）的依赖性显著（P<0.05）；2）剂量率（50–350 cGy/min）对PAKAG PGD的响应和灵敏度的影响不显著（P>0.05）；3）在所研究的剂量率和束流质量范围内，剂量分辨率在0.1 Gy到0.4 Gy之间变化。此外，结果显示不同剂量率和束流质量下，剂量-R2灵敏度对辐照后时间的依赖性不显著。

引言

聚合物凝胶剂量计（PGD）是评估各种放射治疗技术中剂量复杂分布的宝贵工具（Farhood等人，2019年）。PGD是一种化学剂量计，其主要化学成分是水（80–90%）。此外，凝胶剂量计由溶解在明胶基质中的单体和交联剂组成（Baldock等人，2010年）。PGD的辐照会导致水分子发生辐射分解。辐射分解产物会引发PGD中的辐射诱导聚合反应（Deene，2004年；Dias等人，2018年）。辐射诱导的聚合会导致PGD发生不同的物理变化，这些变化可以通过各种断层成像技术进行探测（Abtahi等人，2014年）。与传统剂量计（如胶片、热释光剂量计、电离室和二极管阵列）相比，PGD的主要优点在于它们能够三维测量剂量分布（Kozicki等人，2017年；Rabaeh等人，2017年）；这一点非常重要，因为它确保了需要精确分析吸收剂量三维分布的现代放射治疗技术的准确性（Khezerloo等人，2017年）。此外，PGD还具有其他优势，使其更具吸引力，包括与软组织的等效放射特性（Kargar Shaker Langaroodi等人，2019年）、相对较高的空间分辨率（Hurley等人，2006年）、同时充当模体和剂量计（因此不需要剂量校正（Abtahi等人，2020b）以及能够记录整个辐照过程中的剂量积分（Anaraki和Abtahi，2018年）。然而，传统PGD存在毒性和总成本较高的缺点。因此，降低PGD的毒性和总生产成本有助于其发展。最近有一些研究报道了降低PGD毒性的方法。为此，应用了多种单体（Abtahi和Pourghanbari，2018年；Dias等人，2018年；Farhood等人，2018a）来生产毒性较低的PGD。

此前，我们通过用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）钾盐单体代替高毒性的丙烯酰胺单体，降低了聚合物凝胶剂量计配方的毒性（Rashidi等人，2020a）。这种创新配方是PAKAG PGD，由Poly AMPS钾盐分布在明胶基质中制成。此外，PAKAG PGD的配方总成本较低。此外，这种剂量计的放射特性与软组织相当（Rashidi等人，2020a）。

在使用这种新型PGD进行放射治疗应用之前，评估其在各种物理条件下的剂量测量特性至关重要，因为已证明许多外部变量（包括入射辐射质量（Abtahi等人，2020a）和剂量输送速率（Farhood等人，2018c）可能会影响PGD的响应。因此，量化并评估上述物理参数是必不可少的。我们之前研究了PAKAG PGD的许多特性，包括剂量-R2响应线性、由于扫描室温变化引起的响应变化、辐照后时间的响应依赖性以及放射特性。本研究重点评估了PAKAG PGD响应对两个关键辐射参数——束流质量（BQ）和剂量输送速率（DR）的依赖性。

PAKAG PGD的制备

PAKAG PGD是使用Rashidi等人最近描述的方法制备的（Rashidi等人，2020b）。表1显示了PAKAG PGD配方中使用的化学化合物及其相应的浓度。我们之前的研究提供了有关PAKAG PGD的元素组成和放射特性的信息（Rashidi等人，2020b）。

PAKAG凝胶剂量计的制备过程如下：首先，将明胶倒入总水量的80%中。

对剂量输送速率（DR）的依赖性

图2显示了在6 MV束流质量下，PAKAG PGD在四种不同剂量输送速率（50、100、200、350 cGy/min）下辐照12小时后的响应。图2中的误差条表示每个吸收剂量的标准误差。对于0-6 Gy的剂量范围，所有应用的剂量-R2响应都可以很好地用线性拟合来近似。

结果显示，剂量超过6 Gy时，线性拟合出现偏差。先前的研究表明，PGD的行为会根据...

结论

本研究评估了剂量输送速率（DR）和束流质量（BQ）对PAKAG PGD响应的影响。研究发现，DR的变化对PAKAG PGD的灵敏度和剂量分辨率影响不显著。此外，结果显示，在0-6 Gy的剂量范围内，不同的束流质量（6 MV和18 MV）显著影响了PAKAG PGD的剂量-R2灵敏度（P>0.05）。不同光子能量和剂量输送速率下的剂量分辨率值在0.1到0.4 Gy之间。

剂量-R2灵敏度对时间的依赖性

作者贡献声明

Seyed Mohammad Mahdi Abtahi：研究、撰写——审阅与编辑、数据分析、方法论、项目管理、初稿撰写、资金获取、验证、监督、概念构思。 Sara Eftekhari：数据分析、初稿撰写。 Abdulrahman Rashidi：数据整理、方法论、数据分析

利益冲突

无。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了伊朗卡兹温伊玛目霍梅尼国际大学（项目编号IKIU-10372）的支持。