研究使用固体水和铜电子过滤器来降低串联式磁共振成像（MRI）直线加速器中的皮肤辐射剂量的效果

《MEDICAL PHYSICS》：Investigating the use of a solid water and copper electron filter for reducing skin dose in an inline MRI-linac

　　皮肤剂量热点由MRI-linac磁场的电子污染聚焦导致，2cm水滤器虽能部分缓解但效果有限。铜电子滤器（CuEF）在不同场型（2.4/7.2/12.4cm2）下可将皮肤剂量降低25%-64%，且效果优于水滤器。研究结合COMSOL磁场建模、Geant4蒙特卡洛模拟及实验检测验证。

　　

摘要

背景

对于内置式MRI直线加速器，皮肤剂量测量显示在光束的中心轴处存在一个高度集中的皮肤剂量热点。这是因为在内部磁场的存在下，电子污染被聚焦，导致进入表面的（即皮肤）剂量出现热点。未来的临床治疗将使用2厘米厚的水电子滤光片来减少X射线束中的电子污染；然而，这种方法会影响整体剂量分布，皮肤剂量仍然很高。

目的

通过蒙特卡洛模拟和实验测量，评估和比较铜电子滤光片（CuEF）和水电子滤光片（WEF）在减少内置式MRI直线加速器皮肤剂量方面的有效性。

方法

使用COMSOL Multiphysics中的3D磁场模型为1 T MRI直线加速器设计的磁场图被集成到澳大利亚MRI直线加速器的Geant4蒙特卡洛模型中。Geant4几何模型还包括一个30立方厘米的水体模型。模拟针对的场面积为2.4平方厘米、7.2平方厘米和12.4平方厘米。为了比较2厘米厚水块减少电子污染的效率，进行了将WEF放置在模型表面上的模拟。使用高分辨率评分体素测量了在70毫米深度处的中心轴百分比深度剂量和表面皮肤剂量值。此外，还通过将CuEF放置在距离MRI等中心不同位置进行了额外模拟。通过将CuEF和WEF的物理原型纳入MRI直线加速器的临床前设置中，并使用MOSkin?探测器进行实验测量，进一步验证了模拟结果。

结果

在磁场的作用下，皮肤剂量值分别为：2.4平方厘米区域时为d_max（1.5厘米深度）剂量的122.5%，7.2平方厘米区域时为194.8%，12.4平方厘米区域时为260.4%。在模型表面上方30厘米处添加WEF可以降低这些皮肤剂量值；然而，热点的强度仍然很大，且皮肤剂量高于d_max。研究发现，CuEF在所有三种场尺寸下都能更有效地减少皮肤剂量热点。将CuEF放置在模型表面上方10厘米处，分别使2.4平方厘米、7.2平方厘米和12.4平方厘米区域的皮肤剂量值降低了约25%、53%和64%。

结论

将CuEF放置在模型表面上方可以显著降低皮肤剂量热点的强度，证明其比标准的2厘米厚水块更有效。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。