近年来, 低能光子放射性粒子源¹⁰³Pd在治疗前列腺癌和眼睛肿瘤等方面越来越普遍。¹⁰³Pd的能量为20keV, 半衰期为17d。其剂量随着距离的衰减要比其他同位素如¹³⁷Cs或者¹⁹²Ir快得多; 在有效杀死肿瘤细胞同时对周围器官的损害较小, 这就满足了作为永久性植入治疗放射源的条件。依照美国医学物理学家协会AAPM在TG-43^[1]草案的提议, 将放射性粒子的剂量学特征的蒙特卡罗模拟^[2]使用液态水材料^[3], 临床要求在使用这些粒子源之前, 它们的剂量学特征应该被严格确定, 以便为治疗计划计算和处方剂量方面提供更可靠的数据, 而蒙特卡罗方法是对这些剂量学函数模拟的有效工具。

1 材料与方法 1.1 源的描述

可得到的钯粒子源空气比释动能强度在0.668cGycm²h^-1和2.67cGycm²h^-1[4]之间, 相应的活度在0.5mCi和2.0mCi(18.5MBq ~ 74MBq)^[4]之间, 半衰期为17d;粒子呈圆柱状, 直径0.8mm、长4.5mm(见图 1); 整个粒子源是由两个同心钛管构成, 在两个同心钛管之间放置着三个放射区, 中间放射区下部为铂铱(铂占90 %, 铱占10%^[4])合金标识层, 中心部分为圆柱空管, 直径为0.5 mm。

2 计算 2.1 蒙特卡罗计算

蒙特卡罗模拟剂量分布中, 为的方便比较, 模拟材料选用WT1和Water两种, WT1其组成成分按质量百分比为:H8.1 %, C:67.2 %, O:19.9%, Cl:0.1%和Ca: 2.3%^[3]。水为:H :11.11 % O:88.89 %。¹⁰³Pd源放射出的射线有复合光子和特征射线, 能量分别为0.0201, 0.0202, 0.0227, 0.0398和0.3575MeV。对应的权重为0.2206, 0.4193, 0.1306, 0.0007, 0.0002;主要反应方程式为:。蒙特卡罗代码MCNP模拟¹⁰³Pd源示意图见图 2, 粒子源位于整个模型的中央, 模型用于计算0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5和5.0(单位cm)处的径向剂量沉积。

2.2 剂量学计算公式

1995年AAPM工作组TG -43报道推荐用于剂量计算径向剂量函数g(r):

它描述粒子源在组织中放射光子随径向衰减的变化规律, G(r, θ)为几何因子, 对线性源G(r, θ)=β Lrsinθ, 对于钯粒子源取L=3.7 mm; β是以弧度值给出的角度。

3 结果

我们使用MCNP4C描述的¹⁰³Pd粒子源径向剂量函数随距离的变化规律, 图 3是材料Water中的径向剂量函数随距离的变化规律, 图 4是的径向剂量在材料WT中随距离变化规律。从两图可以看出, 钯源在材料Water和WT1中的径向剂量函数随距离的变化非常接近。

4 讨论

在医学近距离治疗中, 新型粒子源不断涌现出来, 它们在水中的剂量学特征很难用剂量计测量出来, 而蒙特卡罗在该方面的模拟显得特别功用。TLD^[1]剂量测量和蒙特卡罗模拟计算大体上取代的过去半经验计算模型。使用蒙特卡罗代码计算方面; 不同蒙特卡罗代码截面数据不一样, 比如来自Storm和Israel(1967)与来自ENDF(Huhhell等, 1975)的相干散射和非相干的波形因数, 来自Everett与来自Cashwell(1973)(DLC189)的荧光效应数据, 对低能光子而言, 这些数据在XCOM库里是不一样的。升级的版本截面数据两种计算结果就吻合的很好^[5]。使用热释光剂量剂测量方面, 由于不同的研究人员TLD剂量剂的设置有所不同, 这将是测量误差的主要原因。本模拟中, 使用的蒙特卡罗代码为MCNP4C升级版, 模拟结果可靠, 图中的两种等效组织材料的模拟曲线变化相似。因此在临床治疗计划计算和处方剂量可使用材料WT1或者水(Water)计算钯源的剂量。