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研究背景:在直线加速器放射治疗时,癌症患者靶区以外的正常组织不可避免受到野外辐射的照射,国内外学者对此进行了广泛研究。既往对射野外辐射的研究,大多用指形电离室、胶片或热释光剂量片(Thermoluminescent detector,TLD)等进行测量,或采用蒙特·卡罗方法(Monte Carlo)进行计算。指形电离室只能逐个单点测量,工作效率低,并且体积大,测量位置难以精确确定;胶片对低剂量辐射的响应性较差,测量低剂量的野外辐射时精度不高;TLD进行野外辐射测量虽然可以同时进行多点测量、位置定位方便、能量响应范围广,但操作繁琐,耗时长,不能实时得到测量结果。因此,需要寻找更加高效、实时、准确的研究方法。另一方面,单纯测量野外辐射,对减少患者辐射致癌效应意义不大,所以在课题研究过程中,除了探讨更加优越的测量方法之外,重点研究能够减少野外辐射的屏蔽措施,达到降低患者二次致癌效应的根本目的。研究中率先基于多道半导体剂量测量系统(Sun Nuclear,rf-IVD 2)和三维水箱(PTW,MP3),进行了野外辐射剂量分布及其百分深度剂量变化(PDD)规律的研究,在此基础上,探讨了野外辐射的防护措施和防护效果。研究目的:1.基于rf-IVD 2,探讨6MV X射线野外辐射的变化规律及不同厚度屏蔽材料的屏蔽效果。2.基于三维水箱测量系统,研究野外辐射的PDD随射线能量、射野大小和野外距离的变化规律。3.基于rf-IVD 2和仿真人体模型,研究不同屏蔽材料对野外辐射的屏蔽效果,为进一步研发野外辐射防护装置提供理论基础。研究方法:1.野外辐射的变化规律及不同厚度屏蔽材料的屏蔽效果研究将4组多层30cm×30cm×1cm固体水模块置于治疗床上,然后,用6MV X射线对固体水模块进行照射,射野大小分别为零野及7个不同大小的方野(射野边长分别为2、5、10、15、20、30和40cm),零野时照射1500MU,2cm×2cm方野照射1000MU,其它射野照射500MU,照射过程中采用rf-IVD 2多通道剂量仪的QED探测器同时测量射野外8个不同位置(距射野边缘分别为5、10、15、20、25、30、35和40cm)的野外辐射剂量,QED探测器的有效尺寸为0.8×0.8mm,灵敏度为32 nC/Gy,探测器沿体模纵向中心线排列,分别检测了5、10、15mm等3种厚度人体组织补偿材料(Bolus)以及4层铅围裙(每层的铅当量为0.35mm Pb)对野外辐射的屏蔽效果。2.基于三维水箱的野外辐射百分深度剂量变化规律研究利用PTW三维水箱,探讨3种不同能量的X射线(4、6和10MV)、不同射野大小(5cm×5cm、10cm×10cm和20cm×20cm方野)和不同野外距离(5、10和15cm)的野外辐射PDD的变化规律,并比较不同条件下的野外辐射最大剂量深度和最小百分深度剂量。3.基于rf-IVD2和仿真人体模型的野外辐射屏蔽实验研究将仿真人体模型固定于碳素纤维定位板上,再置于加速器治疗床上,分别采用单野和5野6MV X射线进行照射。单野照射条件:机架0度,SAD=100cm,射野大小10cm×20cm,射野中心位于体模中轴线上,射野上缘平胸锁关节,每次照射500MU。5野照射条件:机架角分别为0、72、144、216和288度,每野均照100MU;摆位条件与单野照射时相同。研究过程中,首先,在不加任何屏蔽材料时,采用QED探测器测量8个不同位置的野外辐射,其中4个测量点位于体模前表面的中心线上,距离射野边缘分别为5、10、15、20cm,另外4个测量点位于仿真人体模型左右甲状腺、左右眼球中心。然后,再分别测试1cm厚度的Bolus及三种不同浓度(20%、30%、40%)硫酸钡硅胶体对野外辐射的屏蔽效果。研究结果:1.三种不同厚度的Bolus(5mm,10mm及15mm)及4层铅围裙对6MV X射线野外辐射的遮挡率分别为(48.1±5.8)%、(65.5±6.3)%、(65.7±5.4)%和(72.1±2.7)%。其中10mm Bolus组、15mm Bolus组与铅围裙组两两间差异无统计学意义,P>0.05;而5mm Bolus组与其它三组比较,差异均有统计学意义,P<0.05。2.野外辐射的最大剂量深度的范围为0mm~3mm,平均值为1.25mm。不同能量(4MV、6MV和10MV)野外辐射最小百分深度剂量分别是(53.4±4.9)%、(48.9±5.3)%和(45.4±5.6)%;三组间差异均有统计学意义,P<0.05。不同方野(5cm×5cm、10cm×10cm与20cm×20cm)野外辐射最小百分深度剂量分别为(68.0±2.0)%、(46.2±1.4)%和(33.6±2.3)%,三组间差异均有统计学意义,P<0.05。5cm、10cm和15cm野外距离野外辐射最小百分深度剂量分别为(50.5±3.8)%、(48.0±5.0)%和(49.3±6.9)%,三组间差异无统计学意义,P>0.05。3.(1)6MV X射线单野照射时,1cm厚度三种不同浓度(20%、30%、40%)硫酸钡硅胶体和Bolus对野外辐射的遮挡率分别为(64.2±5.6)%、(64.9±5.3)%、(66.1±5.7)%和(62.4±5.1)%。20%与30%硫酸钡硅胶组,30%与40%硫酸钡硅胶组两两间差异无统计学意义,P>0.05;其他两两组合间差异均有统计意义,P<0.05。(2)6MV X射线5野照射时,1cm厚度三种不同浓度(20%、30%、40%)硫酸钡硅胶体和Bolus对野外辐射的遮挡率分别为(35.6±3.8)%、(36.8±4.7)%、(38.1±4.7)%和(32.8±3.6)%。Bolus组与20%硫酸钡硅胶组间差异无统计学差异,P>0.05;20%、30%与40%硫酸钡硅胶组两两间差异无统计学差异,P>0.05;其他两两组合间的比较差异均有统计意义,P<0.05。(3)6MV X射线单野照射时的遮挡率均高于6MV X射线5野照射时的遮挡率,二者的平均遮挡率分别是(64.4±2.5)%和(35.83±2.1)%,行配对t检验,差异有统计学意义,P<0.05。研究结论:野外辐射的屏蔽效果对于材料的依赖性小,屏蔽效果更多取决于材料厚度,屏蔽材料达到一定厚度后,遮挡率不再提升。并且各种材料的最大遮挡率非常接近。