用于放疗三维剂量验证的辐射变色组织等效模体研究

The dose verification of modern radiotherapy techniques such as intensity-modulated radiation therapy and stereotactic radiosurgery is the critical step of quality control and quality assurance. We will prepare a type of radiochromic tissue equivalent phantom used for 3D dose verification in this research. The preparation method of the phantom and the problem of radiation chemistry and dosimetry met in preparation or application will be studied in the following aspects: the study of reaction mechanism of radiochromic dosimetric system and the establishment of the formula; the preparation of tissue equivalent carriers; the dosimetric vesicles' preparation and the efficient combination of vesicles and phantom; the study of the artifacts' origin and control; the calibration of radiochromic tissue equivalent phantom; the dosimetry characters test; the preparation of radiochromic inhomogeneous tissue equivalent thorax phantom and its application in dose verification. The functions of chemic dosimeter and tissue equivalent phantom are integrated in this radiochromic tissue equivalent phantom, which shows the advantages of good tissue-equivalence, distinct color change, high space resolution, easily to measure and so on. These advantages are particularly significant in dosimetry situations where steep dose gradients exist. The actualization of this research will provide a new dose verification method for radiotherapy.

剂量验证是调强适形放疗和立体定向放疗等现代放疗技术质量控制和质量保证的关键步骤。本项目拟研制用于放疗三维剂量验证的辐射变色组织等效模体，将从以下几个方面研究该模体的制备方法及制备和应用过程中遇到的辐射化学和剂量学问题：辐射变色剂量体系反应机理和配方的建立；组织等效载体的研制；剂量囊泡制备及与载体的相容性；辐射变色组织等效模体测量误差来源机制和误差控制；辐射变色组织等效模体的标定；剂量学性能测试；辐射变色非均匀组织等效胸腔模体的制备和剂量验证应用。本项目所研制的辐射变色组织等效模体结合了化学剂量计与组织等效模体的功能，具有组织等效性好、变色直观、空间分辨率高、易于读取等优点，拥有测量高剂量梯度剂量场的能力，它的成功实施将为放疗剂量验证提供一种全新的方法。

剂量验证是调强适形放疗和立体定向放疗等现代放疗技术质量控制和质量保证的关键步骤。凝胶剂量计结合了组织等效模体与剂量计的双重功能，可用于记录辐射场的三维剂量分布。现有的凝胶剂量计系统（Fricke凝胶剂量计和聚合物凝胶剂量计）存在扩散效应、氧效应、辐射后效应和机械强度差等问题，不能很好的满足放疗三维剂量验证的要求。本项目利用类丁二炔化合物单体具有的双亲分子结构特征以及固相辐射聚合的产物变色、无氧效应的特点，将单体自组装成纳米囊泡反应器后，均匀分散于组织等效的载体介质中成为硬度可控、无色透明的辐射变色组织等效模体，即克服了单体分子扩散、聚合过程中氧效应干扰，又有效减少了辐射后效应的影响，能较好的实现放疗三维剂量分布验证。. 本项目研究了辐射变色组织等效模体的制备方法及制备和应用过程中遇到的辐射化学和剂量学问题，主要研究内容包括：辐射变色剂量体系反应机理和配方的建立；组织等效载体的研制；剂量囊泡制备及与载体的相容性；辐射变色组织等效模体测量误差来源机制和误差控制；辐射变色组织等效模体的标定；剂量学性能测试；辐射变色非均匀组织等效胸腔模体的制备。. 本项目选用类丁二炔化合物单体PCDA (10,12-pentacosadiynoic acid) 组装纳米囊泡，采用化学交联法（单体：丙烯酰胺，交联剂：N,N-亚甲基双丙烯酰胺）制备辐射变色组织等效模体。PCDA浓度为4 mmol/L的模体，对2-100Gy的X射线辐照具有良好的线性响应(R2 = 0.9992)，有微弱的辐射后效应（净光密度增加＜3%）。用方形射野辐照模体，光密度分布曲线的半高宽位置未发生横向移动，未见扩散效应。该模体测得的剂量分布中各点的γ指数均小于1，表明模体具有较高的剂量分布测量精确性。. 本项目所研制的辐射变色组织等效模体具有组织等效性好、变色直观、空间分辨率高、易于读取等优点，拥有测量高剂量梯度剂量场的能力，它的成功实施将为放疗剂量验证提供一种新的方法，具有重要的研究意义和广阔的应用前景，研制过程中所解决的辐射化学和剂量学问题亦对相关学科的发展有促进作用。