用于放射治疗用的光纤辐射剂量检测仪

用于放射治疗用的光纤辐射剂量检测仪

洪丹丹桂红午

浙江君安检测技术有限公司浙江杭州310000

摘要：放射治疗的简称为放疗，是利用一种或者多种电离辐射对恶性肿瘤以及一些良性病进行的治疗，放射治疗的手段是电离辐射，利用放射线来治疗癌症。本文对用于放射治疗用的光纤辐射剂量检测仪进行相关探讨。

关键词：放射治疗；有机荧光材料；无机荧光材料；光纤辐射剂量检测仪

放射治疗已经经历了多达一个世纪的发展历史，在伦琴发现了X射线，居里夫人发现了镭之后，很快利被用于临床治疗恶性肿瘤，直到目前为止放射治疗仍是恶性肿瘤重要的局部治疗的方法。大约有70%的癌症患者在治疗癌症的过程中需要用放射来治疗，约有40%的癌症可以用放疗根治。由于超高压治疗机的使用、辅助工具的改进和经验的积累，放射治疗的治疗效果较之以往得到显著提高。在我国约有70%以上的癌症需要用放射治疗，在美国也有50%以上的癌症需要用放射治疗，放射治疗几乎可用于所有的癌症治疗。对许多的癌症患者而言，放射治疗是唯一且必须使用的治疗方法。有成千上万的人在单用放射治疗或者并用放射治疗、化学治疗、手术治疗、和生物治疗后，治愈了他们的癌症。医生在患者的手术之前，可以利用放射治疗来皱缩肿瘤，使之易于被切除；手术后，用放射治疗来抑制残存的癌细胞的生长。尽管放疗可以有效地治疗癌症，但是它也具有非常大的不良反应，患者往往会出现一些不适的反应，由于肿瘤组织崩解、毒素被吸收，在照射滞后数小时或1～2d内，患者可出现全身反应，具体表现为虚弱、头晕、头痛、乏力、厌食，个别会有恶心、呕吐等等，特别是腹部照射和大面积的照射时，反应会比较严重。或者会产生放射性的皮炎、放射性食管炎以及食欲下降、呕吐、腹痛、恶心、腹泻或便秘等等诸多毒副作用。除此之外，放疗导致放射性肺炎、放射性心包炎的患者明显增多，有时还会产生局部的骨髓抑制，患者常常因骨髓抑制白细胞降低而无法继续治疗，有时不得不减少放疗剂量，增加了放疗的难度。另外放疗对肝、肾、胃肠道的损伤也很大，综合治疗时，放疗的剂量受到很大限制，对不敏感的肿瘤难以提高剂量。模拟定位、铅挡、摆位等过程中的不精准因素也会对放疗预后产生一些负面影响。尤其是当利用X射线照射肿瘤的时候，将会不可避免地对肿瘤周围的健康组织造成一定的伤害，并使患者产生一定的并发症，因此在放射剂量期间能够实时检测靶细胞以及周围细胞组织的辐射剂量是十分必要的。目前医学上辐射剂量的控制仅仅依靠术前体模实验以及模拟实验，这种方法不能实现时时对患者在放疗期间所吸收的辐射剂量进行检测。若治疗时剂量过高则会对患者身体的正常组织产生伤害，大大增加了患者治疗的风险，会对患者的身体机能造成很大的影响。因此，设计一种可以在放疗过程中可以放置于患者体内进行实时监测辐射剂量的医用X光探测器是十分必要的。

1目前市场上的辐射剂量检测仪

目前市面上存在的可以监测辐射吸收剂量的探测器主要包括电离室、胶片、发光剂量检测仪、半导体等。这几种探测器具有不同的检测吸收剂量的原理方法。见表1。

表1各种辐射剂量检测系统的优缺点

通过上一部分对市面上常见的几种辐射剂量检测仪的介绍，发现，市面上的检测仪虽然能够达到检测辐射吸收剂量的要求，但是他们不可避免的存在一定的弊端，如不能放置于患者体内进行实时测量、使用寿命有限、易损坏、易受周围环境因素干扰等缺点。在这种情况下，由于光纤具有体积小、柔韧性高且抗电磁辐射干扰的优点，光纤辐射剂量传感器在近年来获得了大量的研究，目前主要的包括利用有机荧光发光材料和无机荧光发光材料两种设计方法。

2有机荧光材料光纤辐射剂量检测仪

有机荧光材料光纤辐射剂量检测仪通常利用将有机荧光材料（如Al2O3：C，BCF-12等具有水等效性的荧光材料）耦合到光纤末端作为感应X射线辐射的探针，然后将探针部分进行封装，探针部分示意图如图1所示，光纤的另一端与光电倍增管（PMT）相连，当探针接收到X射线信号时，有机荧光材料会发出可见光，并且其中一部分耦合进光纤纤芯内部进行传播，此时光电倍增管在另一端即可检测出荧光光强。但是，这种方法设计的辐射剂量检测仪在使用过程中会产生切伦科夫辐射，这就导致了检测信号中存在很大的噪声信号。

为了消除切伦科夫辐射对有机荧光材料光纤辐射剂量检测仪信号的影响，需要利用两根相同的光纤，一根在末端放置荧光材料，一根不放置同时进行测量。将一根含有荧光材料的光纤与一根不含有荧光材料的相同型号与长度光纤的荧光进行并行放置，此时末端耦合有荧光材料的光纤所的荧光强度值为荧光强度积累值与切伦科夫辐射的强度和，末端不含有荧光材料的光纤荧光强度值仅为切伦科夫辐射值。因此将两根光纤所得到的强度值相减即为荧光材料吸收X射线产生的荧光强度真实值。

图1有机荧光材料光纤辐射剂量检测仪探针部分

这种方法制成的光纤辐射剂量检测仪其荧光强度积累和吸收剂量呈线性关系，并且具有良好的重复性，但是由于有机荧光材料的信号响应强度较低，因此该检测仪具有较低的信噪比，使测量读取吸收剂量变得困难。

3无机荧光材料光纤辐射剂量检测仪

无机荧光材料光纤辐射剂量检测仪的设计和利用有机荧光材料制成的辐射剂量检测仪设计方法类似，不同的是使用的荧光材料不同，在无机荧光材料选取方面主要采用稀土发光材料，如掺铽的硫氧化钆（Gd2O2S：Tb），掺镨硒氟的硫氧化钆（Gd2O2S：PrCeF）等。设计结构图2所示：将光纤除去包层后用多种砂纸和抛光布对光纤端进行抛光后将无机荧光材料和固化剂的混合物涂覆于裸露的光纤周围使其凝固，形成检测系统的探针部分。当探针受到X射线辐射时，涂覆于光纤表面的无机荧光材料就会产生可见荧光（荧光颜色根据无机荧光材料发光波段所决定），发出的可见荧光一部分耦合到光纤纤芯内部进行传播，被光纤另一端的光子计数器接收得出光强累计值。无机荧光材料发出的荧光光强累计值和辐射吸收剂量呈线性关系。

图2无机荧光材料光纤辐射剂量检测仪探针结构图

无机荧光材料光纤辐射剂量检测仪相较于利用有机荧光材料制成的光纤剂量检测仪响应强度较高，不需要考虑切伦科夫辐射的影响，因此在检测辐射剂量时不需要利用两根光纤和探测器进行同时测量计算，节省了检测系统的控件和成本。但无机荧光材料不具有水等效性，因此在进行辐射位置确定时需要带入一系列的校准因子。

结束语

目前国内外开展了一系列光纤辐射剂量检测仪的研究，取得了很多进展，并成为放疗质控的重要手段。相对而言，有机荧光材料光纤辐射剂量检测仪采用有机荧光材料，具有较好的水等效性，但信噪比较差，切伦科夫辐射的影响大，需要进行补偿；无机荧光材料光纤辐射剂量检测仪信号强，信噪比高，但不是水等效材料，需要进行校准。光纤辐射剂量检测仪的光纤探头尺寸小，可以称为放疗质控的关键性设备，对目前市场上的辐射剂量检测仪进行有效的补充。

参考文献：

[1]满世军.浅析恶性肿瘤的放疗治疗[J].中国社区医师：医学专业.2010，12（35）：46-47.