采用蒙特卡罗模拟技术对BARC制造钌-106缺口眼用敷贴器的三维剂量学研究

《Radiation Measurements》：3D Dosimetry of Ru-106 Notched Eye Plaques of BARC-make using Monte Carlo Simulation Technique

　　

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  使用EGS_Brachy蒙特卡罗程序对BARC制造的Ru-106带凹槽眼板进行了模拟。
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  在体素化的等效眼球球体中确定了三维空间剂量分布。
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  MC结果通过与自研水模体进行的胶片剂量学测量以及制造商的PDD值进行了验证。
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  MC结果与胶片剂量学测量和制造商的值在±5%范围内一致。
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  BARC制造眼板的制造商规范可可靠地用于眼板的治疗计划MC模拟。

引言

放射性眼板（弧形圆盘）长期以来一直用于治疗眼部恶性肿瘤，如葡萄膜黑色素瘤和视网膜母细胞瘤[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。钌-106（Ru-106）是一种发射β射线的放射性同位素，是用于眼部近距离放射治疗的眼板的首选材料之一[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。广泛而言，目前用于近距离放射治疗的Ru-106眼板有两种设计，即全圆形（凹形）和边缘带凹槽的圆形。当肿瘤位置靠近视神经时，优先选择带凹槽的眼板[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。

Ru-106通过发射39.4 keV的β粒子（T_1/2 = 371.5天）衰变为铑-106（Rh-106）（100%），其在组织中的射程非常小，随后该Rh-106通过发射3.54 MeV的β粒子（T_1/2 = 30.0秒）进一步衰变为钯-106（Pd-106）（79.0%）。Rh-106还通过发射能量分别为1.98 MeV（1.77%）、2.41 MeV（10.0%）和3.03 MeV（8.10%）的多种β粒子衰变为激发态的Pd-106。此外，由于从激发态向基态的跃迁，还存在能量分别为1.56 MeV、1.05 MeV、0.622 MeV和0.512 MeV的多种γ射线发射[17]、[21]、[23]、[24]。3.54 MeV的β辐射向眼板附近的肿瘤提供治疗剂量，同时对包括眼晶状体在内的眼部健康组织的放射损伤风险最小，而γ辐射提供的剂量不到总剂量的1%[21]。孟买的Bhabha原子研究中心（BARC）开发了圆形和带凹槽的Ru-106眼板用于治疗眼部肿瘤，并最近将其商业化，使印度患者能够更负担得起眼板治疗[19]、[20]、[21]。

在使用眼板适配器进行近距离放射治疗之前，需要对其进行辐射剂量学测量。可使用二极管探测器、热释光探测器（TLD）、闪烁体探测器、金刚石探测器、放射变色胶片、放射变色凝胶以及蒙特卡罗（MC）模拟技术进行测量[17]、[18]、[21]、[22]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。剂量学环境应由眼组织等效材料构成，以提高剂量估算的准确性。水和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是眼板剂量学最常用的模体材料，其中水是最合适且易于获取的眼组织和肿瘤等效替代物[17]、[21]、[22]、[28]、[29]、[30]、[31]。EBT3放射变色胶片也具有水和组织等效性[32]。

EGS_Brachy是EGSnrc MC程序的扩展版本，专为近距离放射治疗应用开发[33]、[34]。Kumar等人使用该MC程序以水作为剂量记录介质对BARC制造的圆形眼板进行了百分深度剂量（PDD）估算[21]。他们使用EBT3放射变色胶片和二极管探测器配合PMMA模体进行剂量测量，并将其结果与BEBIG CCA型圆形眼板进行了比较，发现两者高度一致。BEBIG COB型眼板的形状与BARC制造的Ru-106带凹槽眼板相似。J. Solc[35]、De Pival[36]、Eidi等人[22]和Arjmand等人[28]对该COB型眼板进行了剂量学测量。他们分别使用MCNP程序、数值方法、GEANT4程序和EBT3放射变色胶片确定了PDD曲线和二维剂量分布。Eidi等人[22]还使用EBT3胶片配合自行开发的模体展示了三维剂量分布。我们尚未发现使用MC模拟技术对这些类型的眼板进行三维剂量学测量的已发表研究。

本研究首次探索了EGS_Brachy MC程序用于确定BARC制造Ru-106带凹槽眼板的三维剂量分布，并将结果与自研水模体中进行的胶片剂量学测量以及制造商提供的值进行了比较。

章节摘要

钌-106带凹槽眼板

BARC制造的Ru-106眼板由三层纯银组成，厚度分别为0.7毫米、0.2毫米和0.1毫米。中间层（0.2毫米，源层）使用电沉积方法均匀沉积了Ru-106（0.1微米）。该多层片弯曲成与眼球近球形形状紧密匹配的形状以形成眼板[19]、[20]（图1）。

本研究使用的是带凹槽眼板（序列号N06）。眼板在研究时的净活度为16.07 MBq（截至2022年10月12日）。

蒙特卡罗模拟

图3展示了Ru-106眼板的模拟几何形状和粒子轨迹。图4以输出摘要的屏幕截图展示了MC模拟结果以供说明。确定了24.0毫米直径眼球中眼板的三维剂量分布，并以等值面曲线的形式展示于图5中。这些等值面曲线在0.001 Gy、0.1 Gy、2 Gy、5 Gy和7 Gy的剂量水平处绘制。

如图5所示，轴方向（Z）的深度在……处被视为0毫米。

讨论

MC模拟的三维剂量分布与预期的形状和剂量衰减模式相符。从三维剂量分布中提取了二维等剂量平面和PDD曲线。PDD曲线使得胶片剂量学测量获得的值与制造商证书中的剂量数据之间可以直接比较。

胶片剂量学测量和MC模拟结果均表明凹槽对水平和垂直等剂量分布以及横向线……沿线轮廓的影响。

结论

这是首次报告使用EGS_Brachy MC模拟程序对BARC制造的Ru-106带凹槽眼板进行三维剂量学测量的研究。使用制造商技术描述进行MC模拟的结果已通过胶片剂量学测量（使用EBT3放射变色胶片和自研水模体）进行了验证，并与制造商提供的值进行了比较。我们认为MC模拟值的验证确认了技术描述……

CRediT作者贡献声明

Julipriya Jena：资源。Sakshi Singhal：方法论。Aruna Kaushik：撰写—审阅与编辑、监督、资源、项目管理。Harishchandra Gupta：撰写—原稿、方法论、调查。Manoj Kumar Semwal：撰写—审阅与编辑、监督、概念化。Piyush Sharma：资源、方法论。

财务支持与资助

Harishchandra获得印度大学拨款委员会（UGC）研究金资助。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢国防研究与开发组织（INMAS/IREC/2025-07）下属核医学及相关科学研究所院长的支持，感谢其对本研究的促进。

Harishchandra Gupta|Aruna Kaushik|Sakshi Singhal|Julipriya Jena|Piyush Sharma|Manoj K. Semwal