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Radcal Accu-dose小动物辐照仪(Radsource 2000)进行质控研究

   2020-10-26 179
核心提示:研究用Radcal Accu-dose+对Radsource 2000小动物辐照仪进行质量控制,评估其线性,稳定性,可重复性,辐射室中的剂量分布,X射线管性能以及安全性测试和辐射测量,利用美国SE公司的Range EXP进行辐射泄漏测试。

前言

这项研究通过剂量学测试展示了X射线辐照器的特性,从而证实了小动物和细胞在放射生物学实验过程中所暴露的实际剂量率。我们评估了在辐照过程中放置动物或细胞的位置的线性,一致性,可重复性和剂量分布。此外,我们评估了X射线管(电压和管工作电流),辐射测量(泄漏辐射)和安全装置的性能。辐照器的默认设置为160 kV和25 mA。测试表明剂量率是线性随时间变化的(R 2= 1),并且在读数之间的长(恒定)和短(可重复性)间隔内保持稳定。动物笼内的平均剂量率为1.27±0.06 Gy / min,均匀光束为95.40%(高于制造商保证的最低阈值)。细胞板内的平均剂量率为0.92±0.19 Gy / min。剂量率对管电压和电流的依赖性分别呈现二次和线性关系。在评估辐照器安全装置的过程中没有观察到机械故障,辐射测量得出的最大环境当量剂量率为0.26 mSv / h,这使它免于国际原子能机构的辐射防护要求。辐照器的表征使我们能够进行放射生物学实验,

关键词:X射线辐照器,剂量学表征,放射治疗,剂量学,放射致变色膜去,Accu-dose+, Radsource2000, 小动物辐照仪, 辐照仪质制, 辐照仪质量控制, RangeEXP


介绍

使用小动物和细胞实验研究临床实施一种新疗法(之前已成为癌症研究不可缺少的12)。它们有助于理解电离辐射与组织和细胞的相互作用,这对于新的有效放射治疗技术的转化研究至关重要。

有特定的小动物辐照器特别适用于临床前研究设计的,用于评估和优化新的治疗方法(34)。使用临床上用于患者治疗的设备(线性加速器)来描述设置方案是一个缓慢的过程,在研究的初期阶段将这些辐射器用于细胞和小型动物实验可节省时间。

使用的最常见的辐射器是使用放射性同位素(例如钴60或铯137)的伽马射线辐射器。但是,最近,由于制造中断而购买这种辐照器变得越来越困难。另外,同位素的国际运输涉及使该过程复杂化的辐射防护问题(5)。

因此,X射线照射器是为γ射线照射的替代和正在越来越多地使用,由于它们的低成本和不存在放射性源(的67)。其他因素,例如没有设施牌要求,并不太严格和更简单的维护也添加到X射线单元(的优点28)。

对于所有电离辐射机,需要某些质量保证(QA)程序以确保基本操作条件。但是,对于X射线辐射器没有国际质量保证建议。QA程序的主要目标之一是使与剂量输送有关的错误最小化,这可以使用辐射检测器(例如电离室,剂量膜或半导体检测器)来防止。

这项研究提出了用于X射线辐照器表征的质量保证测试,包括剂量测定和安全性测试,以及放射测量。辐射器的表征对于确定剂量分布模式和评估操作参数非常重要,以确保辐射期间的剂量沉积。这两个特征对于正在开发的翻译研究的质量至关重要。


材料与方法

这项研究是在里贝朗·普雷图医院和诊所放疗科进行的。

X射线辐照器(RS 2000生物系统辐照器,美国Rad Source)(图1A进行了表征,以便为该机器中的质量检查程序实施建立参考值。没有国际上的建议描述应该使用什么测试或测试的频率。我们选择了一些测试来表征这台机器的性能,评估其线性,稳定性,可重复性,辐射室中的剂量分布,X射线管性能以及安全性测试和辐射测量。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称是1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf01.jpg

图1A,RS 2000辐射器。B,照射器的照射室。显示了托盘放置的高度水平(1到5),以及用于将样品放置在托盘上的圆圈(1到6)。

经评估的辐照器在其暴露室中有六个可用的高度水平。可将装有样品的移动托盘放在这些高度并进行辐照;因此,可以实现六种不同的剂量率。在此托盘上,有六个圆圈,它们对应于相应高度处的辐射场的大小(图1B)。

我们选择了电离室中用于薄膜测量的默认位置,该位置对应于圆形托盘6中移动托盘处于1级的区域(图1B)。该辐照器的默认辐照参数设置为160 kV(工作电压)和25 mA(工作电流)。

对于剂量特性测试,我们使用了静电计(美国Radcal公司的Accu-Dose / 2086型),电离室(美国Radcal公司的10X6-06-3型)和放射致变色膜(Gafchromic EBT3,美国Ashland Advanced Materials) )。使用支架将电离相机定位在目标区域上。我们还使用了SE公司的Range EXp进行辐射泄漏测试。

线性度

线性度是保证设备输出的仪器的重要特性。当所选辐照时间的特定变化在所产生的辐射中产生比例变化时,就可以实现这一点。预计辐照时间与所测剂量之间存在线性关系。

为了测试辐照器的线性度,我们使用位于默认位置的电离室测量了辐照时间在0.5到10分钟之间变化的辐照剂量。

恒定性

恒定性是另一个重要特征,因为希望设备在超时后保持相同的输出。为了评估辐照器的稳定性,在电离室位于默认位置的情况下,每月至少测量一次,持续一年,测量辐照器的剂量率或辐射输出。不同读数的可接受变化是辐照剂量法获得的值的±3%。这遵循美国医学和生物学物理学家协会为医学线性加速器建立的相同标准(9)。

重复性

重复性是指在相同条件下,在短时间内,具有相同仪器参数的单人测量值的变化;测量之间的一致性保证了仪器提供精确的输出。

为了评估辐照器中剂量测量的可重复性,在电离室处于默认位置的情况下,使用曝光时间为1分钟的光束重复进行了7次剂量测量。

剂量分布

任何设备的辐射剂量分布是确定沿辐射体积的吸收剂量分布的重要参数。在辐照体积上任何一点的剂量评估都考虑了通常在辐射场中心的参考点进行的设备剂量测定,并考虑了在垂直于辐射束的平面的两个正交方向上获取的辐射剂量分布图。在光束中心轴的垂直方向上。

计算从前到后(正面)和从左到右(侧面)的暴露室内的辐射剂量分布。使用电离室进行1分钟的辐射剂量测量;通过以中心区域1 cm和外围区域2 cm的增量滑动前轴和横轴来移动腔室。对于所有测量,将托盘放置在1级,以表征可用于照射的最大场尺寸。

在曝光室内垂直方向测量了另一个轮廓,并在光束中心轴上进行了1分钟的剂量测量,并将托盘位置从1级更改为5级。

小型动物(例如小鼠和大鼠)通常在辐照期间被封闭在标准的丙烯酸动物笼中(图2A和B)。在此过程中,将托盘取下,然后将笼子放在曝光室的地板上,以受保护的底座为中心。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称为1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf02.jpg

图2A屏蔽底座和B完全适合屏蔽底座内部的标准动物笼。

动物笼非常适合放在屏蔽底座内,从而减少了动物的压力,并确保在任何水平面上的光束均匀度均大于95%。为了评估笼子内部的剂量分布,我们在笼子的五个不同点(四个角和中心)测量了平均剂量率。在有和没有笼罩的情况下分别进行测量(分别为设置1和2)。在没有屏蔽底座的情况下也重复设置1(设置3)。

按照制造商的建议,将样品置于对应于其各自托盘高度的圆圈内进行细胞培养板照射试验。为了评估沿辐照圈和细胞培养板内部的剂量分布,我们使用了位于覆盖整个辐照圈的四个培养板的六个孔中每个孔中的放射变色膜。将细胞培养板放置在圆圈1中,托盘在第一层(用于细胞实验的默认设置)中,并照射1分钟。

X射线管性能

X射线管的工作范围从30到160 kV不等,其电流从5到25 mA不等;两者都是可调的。该辐照器的默认辐照参数设置为160 kV和25 mA。已知这些参数直接影响辐射输出。为了评估此影响,在所有工作电压下均以电离室位于默认位置的情况下测量了每电流的剂量率。

安全测试和辐射测量

测试了所有安全设备,包括门互锁,警告灯,紧急按钮,辐射中断以及设备的固有稳定性(预热)。他们在18个月内进行了72次。在辐照器周围进行了辐射测量,以评估这些区域的辐射水平。使用Thyac III测量仪在距辐照器两侧(前,后,右和左)10 cm处监视等效剂量率测量。在每一侧测量三个位置:顶部,中间和底部。

结果与讨论

线性度

各个辐照时间的测量吸收剂量值呈线性模式,相关系数(R 2)等于1(图3)。该结果证实了长达10分钟的辐照时间的预期线性。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称是1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf03.jpg图3辐射器线性在0.5至10分钟范围内。

恒定性

1年内的剂量率变化在 图4最大变化为1.54%,低于±3%的可接受极限。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称是1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf04.jpg图41年内剂量率的变化。该数据是在此期间通过稳定性评估获得的。

重复性

电离室重复性研究的读数显示在 表格1,包括平均值和标准偏差。这些值非常相似,标准偏差为0.001,最大偏差为0.2%,确认了设备的输出精度。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称是1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gt01.jpg


剂量分布


在曝光室内

实现了正面和侧面剂量分布(图5)。基于这些数据,可以计算出照射场对称性,该参数描述了在平坦区域(10内中心轴相对侧的剂量之间的最大百分比偏差正面和侧面轮廓的对称性分别为3.47和0.35%。由于X射线管位于该轴向方向上,因此前轴的不对称性是由于阳极后跟效应引起的。沿着光束中心轴的剂量分布遵循平方反比定律,因为剂量测量点移离辐射源(图6)。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称为1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf05.jpg图5剂量沿曝光室的前后轴分布,且托盘位于第1级。包含图片,插图等的外部文件。对象名称是1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf06.jpg图6沿光束中心轴的剂量分布将托盘位置从高度1更改为5。


在动物笼子里

在设置1、2和3中测得的标准动物笼内平均剂量率分别为1.272±0.058、1.343±0.041和0.989±0.07 Gy / min。对于设置1和2,光束均匀度高于95%(分别为95.4和96.9%)。但是,对于设置3,该值为92.7%。这些值证实了制造商的信息,即受屏蔽的底座使动物笼中水平面上的光束均匀化。也有可能确定笼罩衰减了5.3%的光束,这是在动物辐照程序中应考虑的显着衰减。


在细胞板中

在细胞实验的默认设置下,沿圆圈1测得的平均剂量率为0.917±0.189 Gy / min,标准偏差对应于剂量率值的20.6%。但是,在覆盖辐射圈3的情况下重复进行此测量,发现较小的标准偏差:平均剂量率为1.117±0.062 Gy / min,标准偏差对应于剂量率值的5.5%。

这些高变化的主要原因可以归因于单元板材料,尤其是覆盖层,它会减弱光束。可以通过增加与辐照圆心的距离,增加光束在板上的入射角来增强这种衰减。

X射线管性能

在默认位置评估剂量率对管电压的依赖性。正如预期的那样,它表现出良好的二次关系(图7),而剂量率则线性地取决于管电流(图8)。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称为1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf07.jpg图7剂量率和管电压(默认位置)之间的关系。包含图片,插图等的外部文件。对象名称是1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf08.jpg图8剂量率与管电流(默认位置)之间的关系。

安全测试和辐射测量

在评估辐照器安全装置时没有观察到机械故障。

图9用不同的测量点的等效剂量率值显示放射线测量结果。所有值均低于国际原子能机构(International Atomic Energy Agency)设定的最小极限,该最小极限是设备周围10厘米处的1 µSv / h(11)。

包含图片,插图等的外部文件。对象名称是1414-431X-bjmbr-1414-431X20165848-gf09.jpg图9辐射器辐射测量的实验方案。A,前面;B,对;C,返回;D离开。

通过执行线性,恒定性,可重复性,剂量分布以及X射线管性能和安全性测试,可以获得在X射线辐照器中实施的质量控制程序的参考值。进行特殊测量以评估细胞和小动物环境的剂量分布及其偏差。这种生物X射线辐照器的特性使我们能够进行放射生物学实验,以协助甚至替代用于细胞和小动物辐照的传统治疗设备(例如线性加速器),尤其是在早期研究阶段。


 
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