谷京昀

[摘要] 放射治療已經(jīng)成為國內(nèi)外公認(rèn)的治療惡性腫瘤的可靠療法，盡管放療可以有效地治療癌癥，但是它也具有非常大的副作用。目前醫(yī)學(xué)上輻射劑量的控制僅僅依靠術(shù)前體模實(shí)驗(yàn)以及模擬實(shí)驗(yàn)，這種方法不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對患者在放療期間所吸收的輻射劑量進(jìn)行檢測，文章介紹了目前市場上的輻射劑量檢測儀現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了兩種光纖輻射劑量檢測儀，并對兩種光纖輻射劑量檢測儀的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比，是對目前市場上的輻射劑量檢測儀的有效補(bǔ)充。

[關(guān)鍵詞] 放射治療；有機(jī)熒光材料；無機(jī)熒光材料；光纖輻射劑量檢測儀

[中圖分類號] R144.1；R197.39 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1672-5654（2019）02（b）-0176-02

放射治療的簡稱為放療，是利用一種或者多種電離輻射對惡性腫瘤以及一些良性病進(jìn)行的治療，放射治療的手段是電離輻射，利用放射線來治療癌癥。放射治療已經(jīng)經(jīng)歷了多達(dá)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷史，在倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，居里夫人發(fā)現(xiàn)了鐳之后，很快利被用于臨床治療惡性腫瘤，直到目前為止放射治療仍是惡性腫瘤重要的局部治療的方法。大約有70%的癌癥患者在治療癌癥的過程中需要用放射來治療，約有40%的癌癥可以用放療根治[1]。由于超高壓治療機(jī)的使用、輔助工具的改進(jìn)和經(jīng)驗(yàn)的積累，放射治療的治療效果較之以往得到顯著提高。在我國約有70%以上的癌癥需要用放射治療， 在美國也有50%以上的癌癥需要用放射治療，放射治療幾乎可用于所有的癌癥治療。對許多的癌癥患者而言，放射治療是唯一且必須使用的治療方法。有成千上萬的人在單用放射治療或者并用放射治療、化學(xué)治療、手術(shù)治療、和生物治療后，治愈了他們的癌癥。醫(yī)生在患者的手術(shù)之前，可以利用放射治療來皺縮腫瘤，使之易于被切除；手術(shù)后，用放射治療來抑制殘存的癌細(xì)胞的生長[2]。

盡管放療可以有效地治療癌癥，但是它也具有非常大的不良反應(yīng)，患者往往會出現(xiàn)一些不適的反應(yīng)，由于腫瘤組織崩解、毒素被吸收，在照射滯后數(shù)小時(shí)或1～2 d內(nèi)，患者可出現(xiàn)全身反應(yīng)，具體表現(xiàn)為虛弱、頭暈、頭痛、乏力、厭食，個(gè)別會有惡心、嘔吐等等，特別是腹部照射和大面積的照射時(shí)，反應(yīng)會比較嚴(yán)重?；蛘邥a(chǎn)生放射性的皮炎、放射性食管炎以及食欲下降、嘔吐、腹痛、惡心、腹瀉或便秘等等諸多毒副作用。除此之外，放療導(dǎo)致放射性肺炎、放射性心包炎的患者明顯增多，有時(shí)還會產(chǎn)生局部的骨髓抑制，患者常常因骨髓抑制白細(xì)胞降低而無法繼續(xù)治療，有時(shí)不得不減少放療劑量，增加了放療的難度。另外放療對肝、腎、胃腸道的損傷也很大，綜合治療時(shí)，放療的劑量受到很大限制，對不敏感的腫瘤難以提高劑量。模擬定位、鉛擋、擺位等過程中的不精準(zhǔn)因素也會對放療預(yù)后產(chǎn)生一些負(fù)面影響。尤其是當(dāng)利用X射線照射腫瘤的時(shí)候，將會不可避免地對腫瘤周圍的健康組織造成一定的傷害，并使患者產(chǎn)生一定的并發(fā)癥，因此在放射劑量期間能夠?qū)崟r(shí)檢測靶細(xì)胞以及周圍細(xì)胞組織的輻射劑量是十分必要的[3]。目前醫(yī)學(xué)上輻射劑量的控制僅僅依靠術(shù)前體模實(shí)驗(yàn)以及模擬實(shí)驗(yàn)，這種方法不能實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)對患者在放療期間所吸收的輻射劑量進(jìn)行檢測。若治療時(shí)劑量過高則會對患者身體的正常組織產(chǎn)生傷害，大大增加了患者治療的風(fēng)險(xiǎn)，會對患者的身體機(jī)能造成很大的影響。因此，設(shè)計(jì)一種可以在放療過程中可以放置于患者體內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測輻射劑量的醫(yī)用X光探測器是十分必要的。

1 目前市場上的輻射劑量檢測儀

目前市面上存在的可以監(jiān)測輻射吸收劑量的探測器主要包括電離室、膠片、發(fā)光劑量檢測儀、半導(dǎo)體等[4]。這幾種探測器具有不同的檢測吸收劑量的原理方法。見表1。

通過上一部分對市面上常見的幾種輻射劑量檢測儀的介紹，發(fā)現(xiàn)，市面上的檢測儀雖然能夠達(dá)到檢測輻射吸收劑量的要求，但是他們不可避免的存在一定的弊端，如不能放置于患者體內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量、使用壽命有限、易損壞、易受周圍環(huán)境因素干擾等缺點(diǎn)。在這種情況下，由于光纖具有體積小、柔韌性高且抗電磁輻射干擾的優(yōu)點(diǎn)，光纖輻射劑量傳感器在近年來獲得了大量的研究，目前主要的包括利用有機(jī)熒光發(fā)光材料和無機(jī)熒光發(fā)光材料兩種設(shè)計(jì)方法。

2 有機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀

有機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀通常利用將有機(jī)熒光材料（如Al2O3：C，BCF-12等具有水等效性的熒光材料）耦合到光纖末端作為感應(yīng)X射線輻射的探針，然后將探針部分進(jìn)行封裝，探針部分示意圖如圖1所示，光纖的另一端與光電倍增管（PMT）相連[5]，當(dāng)探針接收到X射線信號時(shí)，有機(jī)熒光材料會發(fā)出可見光，并且其中一部分耦合進(jìn)光纖纖芯內(nèi)部進(jìn)行傳播，此時(shí)光電倍增管在另一端即可檢測出熒光光強(qiáng)。但是，這種方法設(shè)計(jì)的輻射劑量檢測儀在使用過程中會產(chǎn)生切倫科夫輻射，這就導(dǎo)致了檢測信號中存在很大的噪聲信號。

為了消除切倫科夫輻射對有機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀信號的影響，需要利用兩根相同的光纖，一根在末端放置熒光材料，一根不放置同時(shí)進(jìn)行測量。將一根含有熒光材料的光纖與一根不含有熒光材料的相同型號與長度光纖的熒光進(jìn)行并行放置，此時(shí)末端耦合有熒光材料的光纖所的熒光強(qiáng)度值為熒光強(qiáng)度積累值與切倫科夫輻射的強(qiáng)度和，末端不含有熒光材料的光纖熒光強(qiáng)度值僅為切倫科夫輻射值。因此將兩根光纖所得到的強(qiáng)度值相減即為熒光材料吸收X射線產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度真實(shí)值[6]。

這種方法制成的光纖輻射劑量檢測儀其熒光強(qiáng)度積累和吸收劑量呈線性關(guān)系，并且具有良好的重復(fù)性，但是由于有機(jī)熒光材料的信號響應(yīng)強(qiáng)度較低，因此該檢測儀具有較低的信噪比，使測量讀取吸收劑量變得困難。

3 無機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀

無機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀的設(shè)計(jì)和利用有機(jī)熒光材料制成的輻射劑量檢測儀設(shè)計(jì)方法類似，不同的是使用的熒光材料不同，在無機(jī)熒光材料選取方面主要采用稀土發(fā)光材料，如摻鋱的硫氧化釓（Gd2O2S：Tb），摻鐠硒氟的硫氧化釓（Gd2O2S：PrCeF）等。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2所示：將光纖除去包層后用多種砂紙和拋光布對光纖端進(jìn)行拋光后將無機(jī)熒光材料和固化劑的混合物涂覆于裸露的光纖周圍使其凝固，形成檢測系統(tǒng)的探針部分[7]。當(dāng)探針受到X射線輻射時(shí)，涂覆于光纖表面的無機(jī)熒光材料就會產(chǎn)生可見熒光（熒光顏色根據(jù)無機(jī)熒光材料發(fā)光波段所決定），發(fā)出的可見熒光一部分耦合到光纖纖芯內(nèi)部進(jìn)行傳播，被光纖另一端的光子計(jì)數(shù)器接收得出光強(qiáng)累計(jì)值。無機(jī)熒光材料發(fā)出的熒光光強(qiáng)累計(jì)值和輻射吸收劑量呈線性關(guān)系。

無機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀相較于利用有機(jī)熒光材料制成的光纖劑量檢測儀響應(yīng)強(qiáng)度較高，不需要考慮切倫科夫輻射的影響，因此在檢測輻射劑量時(shí)不需要利用兩根光纖和探測器進(jìn)行同時(shí)測量計(jì)算，節(jié)省了檢測系統(tǒng)的控件和成本。但無機(jī)熒光材料不具有水等效性，因此在進(jìn)行輻射位置確定時(shí)需要帶入一系列的校準(zhǔn)因子。

4 總結(jié)

目前國內(nèi)外開展了一系列光纖輻射劑量檢測儀的研究，取得了很多進(jìn)展，并成為放療質(zhì)控的重要手段。相對而言，有機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀采用有機(jī)熒光材料，具有較好的水等效性，但信噪比較差，切倫科夫輻射的影響大，需要進(jìn)行補(bǔ)償；無機(jī)熒光材料光纖輻射劑量檢測儀信號強(qiáng)，信噪比高，但不是水等效材料，需要進(jìn)行校準(zhǔn)。光纖輻射劑量檢測儀的光纖探頭尺寸小，可以稱為放療質(zhì)控的關(guān)鍵性設(shè)備，對目前市場上的輻射劑量檢測儀進(jìn)行有效的補(bǔ)充。

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（收稿日期：2018-11-18）