椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療脊椎轉(zhuǎn)移癌的實(shí)驗(yàn)研究
——骨水泥對(duì)粒子射線的影響

吳梅祥，陳翠玲，符乙敏，郭倞，尹知訓(xùn)，何二興，陳 萍，白 波

對(duì)于顱內(nèi)腫瘤、頭頸部腫瘤和前列腺癌等實(shí)體腫瘤而言，125I粒子內(nèi)放射治療被認(rèn)為是非常有效的手段。對(duì)于某些椎體轉(zhuǎn)移癌，125I粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)（percutaneous vertebroplasty，PVP）治療在控制、延緩腫瘤病灶發(fā)展的同時(shí)，保證了患者脊柱的穩(wěn)定性，近年來(lái)取得了滿意的臨床效果[1-2]。但是125I粒子衰變產(chǎn)生的γ射線是否會(huì)被包裹的骨水泥阻擋，其放療效果是否受骨水泥影響？針對(duì)這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)多組125I粒子骨水泥包裹的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，評(píng)估粒子植入骨水泥后表面放射活度的變化，分析骨水泥對(duì)125I粒子射線的影響，為PVP聯(lián)合125I粒子植入治療脊柱轉(zhuǎn)移癌提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料和儀器

125I粒子購(gòu)自北京智博生物技術(shù)有限公司，由標(biāo)記碘核素的銀絲源芯和醫(yī)用鈦合金管組成，其中鈦合金管直徑0.8 mm、長(zhǎng)度（4.5±0.5）mm，銀絲源芯由長(zhǎng)3.2 mm、直徑0.5 mm，附有125I核素的銀棒構(gòu)成。物理半衰期（Tl/2）：60.1 d；單粒子表面活度（出廠活度）：0.7 mCi；能量特征：27.4、31.4 和35.5 KeV；半價(jià)層：0.025 Bp。PVP穿刺工具包和骨水泥購(gòu)自上海凱利泰公司，包括13 g穿刺針、套筒、推桿及聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）骨 水 泥（OSTEOPAL?V，Heraeus Meddical GmbH公司，德國(guó)）。CRC-15R放射核素活度檢測(cè)儀（CAPINTEC公司，美國(guó)）分辨率為0.01 μCi，精確度（1～2）% ± 1%，重復(fù)性測(cè)量誤差≤±0.5%。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 骨水泥包裹125I粒子圓柱體模型制作 選取內(nèi)徑為2.0 cm、1.0 cm的高分子聚乙烯管各一根，內(nèi)徑2.0 cm的截取高度為2.0 cm，內(nèi)徑1.0 cm的截取高度為1.0 cm，分別截取5段。其中高度和直徑均為2.0 cm的圓柱體模型分入A組，高度和直徑均為1.0 cm的分入B組，每組各5個(gè)模型。將上述模型逐個(gè)固定在操作臺(tái)上，椎體成形穿刺針以機(jī)械臂固定，垂直置于管圈中央，深度為7.5 mm或2.5 mm（分別對(duì)應(yīng)高度為2.0 cm和1.0 cm的管圈）。

調(diào)制骨水泥，將骨水泥填滿管圈，待骨水泥呈拉絲后期，快速通過(guò)穿刺針套筒將粒子插入至骨水泥模型中央，拔出穿刺針套筒，待骨水泥發(fā)熱硬化后，將骨水泥圓柱體從管圈中取出，模型制作完畢。

1.2.2 預(yù)實(shí)驗(yàn) 為初步了解骨水泥對(duì)125I粒子射線的影響，我們進(jìn)行相關(guān)的預(yù)實(shí)驗(yàn)。將1、2、4、6、10枚粒子分別包裹于直徑2.0 cm和1.0 cm的骨水泥圓柱模型中（共計(jì)10個(gè)模型），進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表1。當(dāng)粒子數(shù)量增加到4枚時(shí)，直徑2.0 cm、1.0 cm厚骨水泥包裹后均可測(cè)到模型表面放射活度，故在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)時(shí)選取4枚粒子分別被直徑2.0 cm和1.0 cm厚骨水泥包裹的模式。

表1 不同數(shù)量125I粒子被骨水泥包裹前后表面放射活度測(cè)量結(jié)果（mCi）

1.2.3125I粒子骨水泥包裹前表面放射活度測(cè)量 40枚粒子預(yù)先隨機(jī)裝入4個(gè)彈夾中，每個(gè)彈夾10枚。將彈夾裝配至植入槍中，每次向圓柱體模型內(nèi)植入前彈射出4枚粒子，測(cè)量其表面放射總活度。具體測(cè)量方法是將要植入的4枚粒子放在小槽箱內(nèi)，然后送入放射核素活度檢測(cè)儀的圓筒探頭內(nèi)，主機(jī)設(shè)置為125I核素測(cè)量模式后開(kāi)始測(cè)量。

1.2.4125I粒子骨水泥包裹后表面放射活度測(cè)量 制作骨水泥圓柱體模型時(shí)于其中央插入4枚粒子，模型制作完畢后，將10個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?biāo)本逐個(gè)放入放射核素活度檢測(cè)儀的圓筒探頭內(nèi)，進(jìn)行骨水泥包裹后表面放射活度的檢測(cè)，記錄各組數(shù)據(jù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。所有計(jì)量資料應(yīng)用正態(tài)分布檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，兩組比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，包裹前后比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

A組和B組125I粒子包裹前、包裹后表面放射活度見(jiàn)表2。兩組包裹前表面放射活度相似（P＞0.05），骨水泥包裹后均有明顯降低（P＜0.05），說(shuō)明兩組模型骨水泥對(duì)粒子射線均有阻擋作用。不同厚度骨水泥對(duì)125I粒子的阻擋效應(yīng)不同，其中A組模型（直徑2.0 cm）較B組（直徑1.0 cm）表面放射活度下降得更快（P＜0.05），阻擋效應(yīng)更明顯。

表2 125I粒子被不同厚度骨水泥包裹前后表面活度測(cè)量結(jié)果（mCi）

3 討論

椎體轉(zhuǎn)移癌的治療至今仍然是臨床棘手的問(wèn)題。隨著腫瘤放療技術(shù)的不斷發(fā)展，CT引導(dǎo)下125I粒子植入近距離放射治療在骨腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，療效也較為確切[3-5]。但該技術(shù)無(wú)法解決脊柱的力學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題，后期易出現(xiàn)病椎壓縮性骨折，引起疼痛、脊髓壓迫等并發(fā)癥[6-7]。近年來(lái)有學(xué)者在125I粒子內(nèi)放射治療的基礎(chǔ)上聯(lián)合PVP微創(chuàng)手術(shù)，既發(fā)揮了骨水泥穩(wěn)定椎體的優(yōu)勢(shì)，又可近距離滅活腫瘤病灶，被認(rèn)為是目前治療脊柱轉(zhuǎn)移癌的較好選擇[8-9]。目前其治療機(jī)制并不十分明確，布針劑量和空間排列、粒子與骨水泥之間的點(diǎn)位關(guān)系、療效評(píng)價(jià)指標(biāo)等問(wèn)題亦未有效解決[10-11]，基礎(chǔ)研究還不充分。本實(shí)驗(yàn)研究旨在評(píng)估125I粒子被骨水泥包裹后其表面放射活度的變化情況，分析骨水泥對(duì)粒子射線的阻擋效應(yīng)，探討其厚度對(duì)粒子表面放射活度的影響。

3.1 骨水泥對(duì)粒子射線的阻擋效應(yīng)

125I粒子是一種用于近距離組織間植入的內(nèi)放射治療藥物，劑量（活度）為0.1～6.0 mCi，其治療原理是通過(guò)微型放射源發(fā)出的γ射線作用于腫瘤細(xì)胞核，致使細(xì)胞核的DNA單鏈和雙鏈斷裂，從而殺死腫瘤細(xì)胞或使腫瘤細(xì)胞失去繁殖能力。

作為一種低能量放射性核素，125I粒子穿透力較弱，容易被物質(zhì)阻擋。其半衰期為60.1 d，主要釋放的是平均光子能量為27.4～35.5 keV的γ射線，組織穿透距離為17 mm，對(duì)于鉛的半價(jià)層厚度為0.025 mm。根據(jù)射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)減弱的規(guī)律，任何物質(zhì)都可以阻擋射線，區(qū)別僅在于阻擋能力的不同。

我們?cè)陬A(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)蚊?25I粒子（0.565/0.571 mCi）包裹于直徑2.0 cm或1.0 cm的骨水泥模型中，粒子射線將被骨水泥完全屏蔽；當(dāng)粒子數(shù)量增加到2枚時(shí)，直徑2.0 cm的骨水泥模型仍可完全屏蔽粒子射線，而直徑1.0 cm的骨水泥模型表面可測(cè)得0.014 mCi的放射活度，衰減率為98.80%，可見(jiàn)125I粒子被骨水泥完全包裹后，輻射劑量衰減達(dá)到防護(hù)衣阻擋的水平（0.18～0.25 mm鉛當(dāng)量含鉛防護(hù)衣可屏蔽90%～99%的125I放射源輻射劑量）。

很顯然，在PVP聯(lián)合125I粒子治療椎體轉(zhuǎn)移癌的過(guò)程中，粒子被骨水泥完全包裹后，骨水泥團(tuán)塊表面根本無(wú)法達(dá)到治療所需要的放射活度或放射劑量，基本可以認(rèn)定粒子植入是無(wú)效的。謝小西等[12-13]在采用PVP聯(lián)合125I粒子植入治療頸椎及上胸椎轉(zhuǎn)移瘤的臨床研究中也指出，部分植入粒子受到后填充的骨水泥淹沒(méi)，影響了125I粒子的內(nèi)放療作用，但該研究未對(duì)此影響做深入詳細(xì)的描述。

3.2 骨水泥厚度對(duì)其阻擋效應(yīng)的影響

125I粒子射線能量的衰減受時(shí)間、空間距離和屏蔽物等因素影響；而物質(zhì)對(duì)放射性核輻射的阻擋能力主要取決于原子序數(shù)、物質(zhì)密度和材料厚度3個(gè)方面，序數(shù)越高、密度越大、厚度越厚，對(duì)射線的阻擋力越強(qiáng)[14]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，直徑2.0 cm的A組模型包裹后表面放射活度明顯低于直徑1.0 cm的B組模型，也印證了隨著骨水泥厚度的增加，其所產(chǎn)生的阻擋效應(yīng)更加明顯，對(duì)粒子射線治療作用的影響也更大。有關(guān)這點(diǎn)，在預(yù)實(shí)驗(yàn)中也得到證實(shí)，2枚粒子被直徑2.0 cm厚骨水泥完全屏蔽，而直徑1.0 cm厚骨水泥包裹則未能完全屏蔽；單枚粒子為直徑2.0 cm和1.0 cm骨水泥包裹后射線能被完全屏蔽。

3.3 骨水泥阻擋效應(yīng)的解決方案

如何減少骨水泥對(duì)粒子射線的阻擋效應(yīng)，盡可能發(fā)揮其內(nèi)放療作用，是我們需要思考的問(wèn)題。我們?cè)陬A(yù)實(shí)驗(yàn)中增加粒子植入的數(shù)量，將10枚粒子（總活度5.631 mCi）包裹于直徑1.0 cm的骨水泥圓柱體中央，測(cè)得表面放射活度為0.275 mCi，這一結(jié)果即使與單枚粒子（0.571 mCi）相比，也相差甚遠(yuǎn)?？梢?jiàn)通過(guò)增加粒子植入的數(shù)量來(lái)減低骨水泥對(duì)射線的阻擋效應(yīng)似乎意義不大。但在骨水泥網(wǎng)狀彌散、粒子未被完全包裹的情況下，適當(dāng)增加粒子的植入數(shù)量不失為一種解決方案，但還需要進(jìn)一步深入研究。

通過(guò)改變粒子植入與骨水泥填充的位置關(guān)系來(lái)規(guī)避骨水泥對(duì)射線的阻擋，也是一種解決思路。將粒子植入與骨水泥填充的位置適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)，令骨水泥填充于椎體的某個(gè)特定區(qū)域，發(fā)揮其固定支撐作用；而將粒子植入腫瘤區(qū)或骨水泥表面，發(fā)揮其對(duì)腫瘤組織的持續(xù)照射治療效應(yīng)。術(shù)前可根據(jù)腫瘤病灶位置，預(yù)先計(jì)劃好骨水泥填充區(qū)域以及粒子植入的位置和數(shù)量，以有效降低骨水泥對(duì)射線的阻擋效應(yīng)。

為實(shí)現(xiàn)靶區(qū)精準(zhǔn)骨水泥注射和粒子植入，往往需要同時(shí)建立多個(gè)穿刺通道，有學(xué)者在研究中佐證了此觀點(diǎn)，并建議按照腫瘤破壞區(qū)域類(lèi)型的不同，在椎體內(nèi)不同區(qū)域?qū)撬嗪土Ｗ舆M(jìn)行合理布局[13]。當(dāng)然，仍需分析總結(jié)大量的臨床資料，以進(jìn)一步規(guī)范PVP聯(lián)合125I粒子植入治療技術(shù)。

[1]黃海,徐紹年,杜振廣,等.組織間125I放射粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療胸腰椎轉(zhuǎn)移瘤的價(jià)值[J].中華腫瘤雜志,2014,36(3):228-231.

[2]Wang S,Shi G,Meng X.Clinical curative effect of percutaneous vertebroplasty combined with125I-seed implantation in treating spinal metastatic tumor[J].Pak J Pharm Sci,2015,28(3 Suppl):1039-1042.

[3]黃學(xué)全,蔡萍,張琳,等.CT引導(dǎo)下125I籽源植入近距離放射治療多發(fā)性椎體轉(zhuǎn)移癌[J].介入放射學(xué)雜志,2007,16(12):834-837.

[4]Rogers CL,Theodore N,Dickman CA,et al.Surgery and permanent125I seed paraspinal brachytherapy for malignant tumors with spinal cord compression[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2002,54(2):505-513.

[5]朱麗紅,王俊杰,袁惠書(shū),等.轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)性骨腫瘤的放射性125I粒子植入治療初探[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志,2006,15(5):407-410.

[6]Boehling NS,Crosshans DR,Allen PK,et al.Vertebral compression fracture risk after stereotactic body radiotherapy for spinal metastases[J].J Neurosurg Spine,2012,16(4):379-386.

[7]Sahgal A,Whyne CM,Ma L,et al.Vertebral compression fracture after stereotactic body radiotherapy for spinal metastases[J].Lancet Oncol,2013,14(8):310-320.

[8]楊輝,何仕誠(chéng),郭金和,等.經(jīng)皮椎體成形術(shù)125I粒子植入治療累及附件的胸腰椎轉(zhuǎn)移瘤[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2016,35(5):683-687.

[9]謝小西,呂銀祥,張勝初,等.CT引導(dǎo)下125I粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療椎體轉(zhuǎn)移性腫瘤[J].放射學(xué)實(shí)踐,2012,27(8):902-905.

[10]肖全平,吳春根,王濤,等.125I粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療累及硬膜囊脊椎轉(zhuǎn)移瘤[J].介入放射學(xué)雜志,2014,23(12):1052-1055.

[11]RoedelB,Claren?on F,Touraine S,etal.Has the percutaneous vertebroplasty a role to prevent progression or local recurrence in spinal metastases of breast cancer?[J].J Neuroradiol,2015,42(4):222-228.

[12]謝小西,呂銀祥,季勇,等.CT引導(dǎo)下經(jīng)皮椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療累及椎管的椎體轉(zhuǎn)移瘤23例[J].介入放射學(xué)雜志,2014,23(3):226-230.

[13]謝小西,呂銀祥,章國(guó)東,等.CT引導(dǎo)下經(jīng)皮椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療頸椎及上胸椎轉(zhuǎn)移瘤[J].影像診斷與介入放射學(xué),2015,24(6):450-454.

[14]胡逸民.腫瘤放射物理學(xué)[M].北京:原子能出版社,1999:253.