直线加速器放疗时野外辐射的屏蔽研究

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目的:  1、通过预实验,测试不同厚度纯铅皮(1 mm、2 mm)及组织等效补偿膜(Bolus)对6~15 MV光子线放疗时野外辐射的屏蔽效果;根据前期预实验结果设计及制作一套体部辐射防护装置(BSD),并申请专利。  2、测试BSD对6 MV光子线IMRT放疗时野外辐射的屏蔽效果。  3、测试BSD对6~15 MeV电子线放疗时野外辐射的屏蔽效果,并与铅围裙(LA,0.5 mm铅当量/层)的屏蔽效果进行比较。  方法:  一、前期预实验研究  将仿真人体模型“成都剂量体模”(Chengdu Dosimetric Phantom,CDP)固定于加速器治疗床上,用高能X射线模拟放疗,射线能量分别为6 MV、10 MV、15 MV,机架角度0度,射野大小均为10×10 cm,源皮距100 cm,每次照射100 MU。分别以距离照射野边缘外5、10、15、20、30、40、50、60 cm为测量点,每个测量点放置一组TLD,每组5片,排成一行,每行TLD均与加速器准直器的Y方向平行。用JR-115B型氟化锂热释光剂量片(TLD)测量不同距离处经不同厚度纯铅皮(1 mm、2 mm)及组织等效补偿膜(Bolus)屏蔽前、后的野外辐射剂量,比较不同材料的遮挡效果。根据实验所测得结果,找到一种最佳屏蔽条件,设计及制作一套体部辐射防护装置(BSD)。  二、调强放疗时BSD对野外辐射的屏蔽实验研究  选取一例典型鼻咽癌患者,在相同的处方剂量和限制条件下,由同一名有经验的物理师分别设计5野、7野、9野三个IMRT计划。将仿真人体模型固定于加速器治疗床上分别用以上三个IMRT计划模拟放疗,在体模前面、背面、左侧、右侧四个方位,距离射野边缘分别为5、10、15、20、30、40 cm共6个位置点放置TLD(放置方法同预实验),测试三个不同IMRT计划放疗时野外辐射剂量以及BSD对野外辐射的屏蔽效果。另外,考虑不同射野数IMRT计划放疗时加速器治疗床对遮挡率的影响,在治疗床的背面对称位置放置一组TLD测试治疗床对射线的遮挡率。  三、电子线放疗时BSD和铅围裙对野外辐射的屏蔽实验研究  将有机玻璃水箱固定于加速器治疗床上,分别用6、9、12、15 MeV的电子线对水箱的一端进行照射,相关参数如下:机架角度0度,5种不同尺寸的限光筒(Φ5、10×10、15×15、20×20、25×25 cm),源皮距100 cm,剂量率300 MU/min,每次照射100 MU。用TLD测量不同能量、不同限光筒大小、不同距离处,经不同层数铅围裙和不同厚度BSD屏蔽前、后的野外辐射剂量(剂量测量方法同预实验),计算出铅围裙和BSD对野外辐射的遮挡率,对比分析两种方法的屏蔽效果。  结果:  一、前期预实验研究  ①当单纯用铅皮屏蔽体模时,由于铅皮与室内散射线的再次作用,铅皮表面的剂量(DS)高于屏蔽前体模表面同一位置的剂量(D0),二者相差约29.0-62.5%;在铅皮表面敷设5mm组织等效补偿膜(Bolus)后,大幅减少了铅皮与室内散射线的再次作用,等效补偿膜表面剂量(DBS)与D0相近,差异小于15%。  ②对于6 MV射线,2 mm Pb+10 mm Bolus的遮挡率稍高于1 mm Pb+10 mm Bolus,差异有统计学意义(p<0.05),二者在各测量点的平均遮挡率分别为:69.3%、65.8%,平均遮挡率仅相差3.5%,其遮挡率范围分别为57.6~80.3%和55.4~76.4%。  ③对于10 MV射线,用1 mm Pb+10 mm Bolus只能将体模表面受照剂量减少40.4~75.6%,而2 mm Pb+10 mm Bolus能使体模表面受照剂量减少50.8~80%,差异有统计学意义(p<0.05)。  ④对于15 MV射线,1 mm Pb+10 mm Bolus只能将体模表面受照剂量减少39.8~71.8%;2 mm Pb+10 mm Bolus能使体模表面受照剂量减少56.1~77.5%,差异有统计学意义(p<0.05)。  二、调强放疗(IMRT)时BSD对野外辐射的屏蔽实验研究  ①三种不同IMRT计划放疗时,野外辐射剂量大小及变化规律相似(p>0.05),差异无统计学意义。  ②BSD对三种不同IMRT计划放疗时野外辐射的屏蔽效果无明显差异(p>0.05)。BSD在野外不同距离处的平均遮挡率接近50%。  ③IMRT放疗时体模前、背、左、右四个方位野外辐射剂量大小不同,其前面大于背面(p<0.05),左侧与右侧剂量大小相近(p>0.05)。  ④经BSD屏蔽后,体模前、背、左、右四个方位距射野边缘大于10 cm的野外辐射剂量大小相近(p>0.05)。  三、电子线放疗时BSD和铅围裙对野外辐射的屏蔽实验研究  ①当限光筒不变时(10 cm×10 cm),遮挡率随测量点的距离增加而增大(r=0.717, P<0.05),随电子线能量的增大而减小(r=-0.678,P<0.05)。  ②对同一能量电子线而言,铅围裙对野外辐射的遮挡率与限光筒的尺寸大小无相关性(r=0.204,P>0.05)。  ③对于6、9 MeV的较低能量电子线,1 mm Pb-BSD的遮挡率略高于2层铅围裙(t=2.519、2.662,P<0.05),其变化范围分别为81.5~95.3%和55.4~84.6%。  ④对于12、15 MeV的较高能量电子线,2 mm Pb-BSD的遮挡率略高于4层铅围裙(t=3.768、7.934,P<0.05),其变化范围分别为64.6~93.4%和51.1~92.4%。  结论:利用铅围裙或BSD能大幅减小放疗过程中野外辐射剂量,可望降低患者野外辐射二次致癌的风险,为广大接受外照射放疗的患者带来获益。与铅围裙相比,BSD具有更明显的优势。
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