252Cf中子后装治疗机剂量测量方法初步研究*

李明生 程金生*

252Cf中子后装治疗机剂量测量方法初步研究*

李明生① 程金生①*

目的：研究252Cf中子后装治疗机中子-γ射线混合场的中子和γ射线剂量测量方法。方法：利用一个对中子和γ射线灵敏度响应基本相同的组织等效电离室和一个仅对γ射线响应而对中子基本无响应的石墨电离室测量中子-γ射线混合场剂量，并应用计算值验证测量结果。结果：通过计算关键参数，测量出距离放射源分别为2.5 cm、5 cm、7.5 cm和10 cm处的中子剂量率和γ射线剂量率，其测量值与计算值相比最大偏差为-5.22%。结论：应用双电离室方法可精确测量中子-γ射线混合场。

252Cf中子后装治疗机；中子-γ射线混合场；双电离室法；剂量值

[First-author’s address]National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China.

252Cf中子源是一种自发裂变中子源，具有放射出的快中子相对生物效能(relative biological effectiveness，RBE)较高、氧增强比(oxygen enhancement ratio，OER)低等特点，同时伴有瞬发γ射线，针对组织缺氧及辐射不敏感的肿瘤比γ射线更加有效[1]。近年来，应用252Cf中子源后装方法治疗腔道内肿瘤的技术在国内得到了较快发展，其原理是利用252Cf中子源的中子及伴生的γ射线杀死肿瘤组织。在放射治疗中需要精确获得不同位置的剂量值，以达到最佳治疗效果，252Cf中子源发射的中子-γ射线混合场的剂量测量是关键要素。在国内中子-γ射线混合场测量中尚无详细方法与明确的标准；国际上通常采用双电离室法测量中子-γ射线混合场。本研究应用双电离室测量中子-γ射线混合场的方法测量252Cf中子后装治疗机的中子剂量率和γ射线剂量率，并对测量结果与计算值进行了对比验证。

1 中子-γ射线混合场测量

1.1252Cf中子源

252Cf中子源为人工合成的放射性核素，其发射中子、γ射线、β粒子和α粒子。252Cf中子源约97%发生α衰变，约3%发生自发核裂变，其活度为1.98×107Bq/μg，半衰期为2.645年。252Cf中子源以μg为单位，单位μg中子发射率为2.314×106中子/s。252Cf的中子能量为连续能谱形式，其平均能量为2.1 MeV，γ射线平均能量为0.75 MeV[2-3]。

1.2 双电离室

国际上通常采用两个对中子与γ射线响应不同的电离室测量中子-γ射线混合场。电离室工作的基本原理为：电离室通有高压，当电离室处于中子-γ射线混合场时，其壁及空腔内气体被电离，电离室收集被电离的粒子，通过收集电荷来确认辐射场剂量大小。电离室收集的电荷主要是电离室壁产生的次级带电粒子(如电子、质子等)，因此不同材料的电离室对中子和γ射线具有不同的响应。

双电离室技术最早由Attix[3]提出，随后其他国家的研究人员利用该项技术测量了BNCT中子-γ射线混合场剂量值[4-6]，我国研究人员利用双电离室技术测量了252Cf中子-γ混合场的剂量值[7]。本研究采用Far west公司生产的IC-17组织等效电离(组织等效材料A-150，电离室以T表示)与IC-17G石墨电离室(石墨材料C，电离室以U表示)，其中组织等效电离室对中子和γ射线灵敏度响应基本相同，石墨电离室对中子基本不响应而对γ射线响应。在测量中子-γ混合场时组织等效电离室需填充组织等效气体(TE GAS：64.4% CH4，32.4%CO2，3.2%N2)，石墨电离室需要填充二氧化碳气体，以保证测量的准确性[8-10](见表1)。

表1 电离室规格

1.3 双电离室测量方法

组织等效电离室测量值按公式1计算处理[11]。

其中DT为测量的中子剂量值与γ射线剂量值的和；DN和DG分别为中子剂量值和γ射线剂量值；MT为电离室读数；kM为电离室修正因子；NX为校正因子；Awall为电离室壁吸收和散射的修正因子；ft为伦琴-戈瑞转化系数；dT为替代因子；kT为组织等效电离室对中子的灵敏度响应(公式2，公式3)。

式中r为电离室半径，单位mm。

式中(rA-150，TEGAS)n为组织等效材料与组织等效气体的吸收剂量转化系数；L/ρ组织等效材料与组织等效气体的平均限制质量碰撞阻挡本领比；WN为中子碰撞产生的每对离子对所需能量[J/C]；WC为60Co发射光子产生每对离子所需能量[J/C]；KWATER/KA-150为中子在水与组织等效材料中比释动能的比值；μen/ρ为水与组织等效材料的质量能量吸收系数比。

δ为组织等效电离室对中子和γ射线灵敏度响应修正因子[9](公式4)。

δ一般认为＜0.01。公式(1)可以写为[9，12]公式5：其中；hT为组织等效电离室对光子的灵敏度响应。

石墨电离室计算公式也类似，如公式6所示：

利用公式(5)和公式(6)可得中子剂量计算公式7和γ射线剂量计算公式8。

2 测量结果

2.1 测量参数计算

测量中子-γ射线混合场剂量时，需要知道电离室对中子和γ射线的灵敏度响应系数kT、kU、hU和hT值。在实际应用中假定hU和hT＝1；kT和kU为组织等效电离室与石墨电离室对中子的灵敏度响应，该值应该通过纯中子辐射场来测定。目前，在纯中子场中测量kT和kU的难度较大，一般采用公式(3)计算kT。kU计算值缺乏准确性，可直接从文献获取[13-14]。

组织等效电离室对中子的灵敏度响应系数kT计算方法主要依据ICRU 45号报告，1.00±0.02，Wn/Wc=1.08；252Cf发射中子平均能量为2.1 MeV，依据李士俊[15]电离辐射剂量学基础提供数据，kWATER/kA-150=1.033；＝1.011；将上述参数带入公式(3)，可得到kt＝0.91。(ft)C为水中的伦琴-戈瑞转化系数[16]：，文中m ed为水，故(ft)C＝0.974。dT为替代因子，其值与电离室体积相关[10，12]，计算方法见公式(2)。

2.2 实验测量

实验测量工作是在一台252Cf中子后装治疗机上进行的，测量时该机中子源含量为580.97 μg。剂量仪为PTW-UNIDOS，测量时两个电离室置于水模体中，设定电离室中心与中子源中心处于同水平线(如图1所示)。

图1 252Cf中子后装治疗机剂量测量示意图

组织等效电离室(T)与石墨电离室(U)对称置于中子施源器两侧，电离室距源分别为2.5 cm、5 cm、7.5 cm和10 cm处，单个电离室在每个位置测得5个数据，数据为测量平均值(见表2)。

表2 电离室测量的值(R/min)

表2中数据相当于公式(1)中的MT，该值经过电离室的校准因子修正、温度气压修正Cpt，替代因子、电离室吸收散射因子修正和伦琴-戈瑞转化后，利用公式(7)和公式(8)对测量值进行数据处理，其得到的数据见表3。

表3 数据处理结果(Gy/h)

表3列出了测得的252Cf中子后装机在水模体中不同位置的中子和γ射线剂量率值。并利用计算值与测量值进行了对比，距中子源不同位置处的计算值和测量值见表4，并计算两者的剂量偏差。

表4 计算值与测量值的偏差

3 讨论

本研究进行了双电离室法测量252Cf中子后装治疗机中子-γ射线混合场剂量的方法研究，计算出了相关参数，利用参数测量了距中子源不同位置处的中子和γ射线剂量率值，并与计算值进行了对比验证。表4显示，本次测量结果与计算值的最大偏差为-5.22%。结果表明，测量方法与测量参数的选取合适，利用组织等效电离室与石墨电离室可以测量中子-γ射线混合场剂量。

中子-γ射线混合场的测量时引入了较多参数，如：kT、kU、fT、dT和Awall等，每项参数的引入均带来了测量结果的误差。各项误差的累积导致总剂量偏差达到较高的范围。据粗略估计，各项因子引入的误差达3.6%；电离室校准因子NX及其温度气压修正因子的误差为1.8%；在测量时电离室的灵敏体积与源中心位置无法精确确定，电离室位置引起测量误差可达5.0%；重复测量带来的误差为0.8%，加之其他因素(如源到位误差等)致使测量结果与计算值偏差范围从-5.22%～4.08%。

现阶段电离室很难在纯中子场中进行中子灵敏度响应校准，相关的参数是通过计算或者直接引用文献值，这给测量结果带来了不确定性。

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Preliminary research on dosimetry methods of 252Cf neutron after-loading radiotherapymachine/

LI Ming-sheng, CHENG Jin-sheng// China Medical Equipment,2014,11(1):11-14.

Objective:To study the dose measurements methods of neutron and γ-ray for252Cf neutron after-load radiotherapy machine.Methods:To measure the neutron -γ mixed field with one ion chamber that have the similar sensitivities of neutron and γ-ray, another ion chamber that only have sensitivities for γ-ray, little sensitivity for neutron. Verification measurement results with calculated values.Results:Calculate key parameters, measure neutron and γ-ray dose rate at the position of 2.5cm, 5cm, 7.5cm and 10cm from the252Cf, the Maximum deviation is -5.22% compared with calculated values.Conclusion:The method of twin ion chamber can measure the neutron and γ-ray mixed field dose.

252Cf neutron after-loading radiotherapy machine; Neutron-γ-ray mixed field; Twine ion chambers method; Dose

1672-8270(2014)01-0011-04

R81

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.01.004

2013-10-31

卫生行业科研专项(201002009)“辐射危害控制与核辐射卫生应急处置关键技术研究及其应用”

①中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室 北京 100088 *通讯作者: addila@qq.com

李明生,男,(1980- ),硕士，助理研究员。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室，从事辐射防护与剂量测量工作。