3D-TPS計算125I放射性粒子鏈徑向劑量分布的實驗研究

焦德超鐘智輝 牛榮仿韓新巍 馬波任建莊 孫占國劉娟芳 石謹

放射性粒子植入治療整合了腫瘤學(xué)、放射學(xué)、介入治療技術(shù)、核醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域，顯示出強勁的發(fā)展勢頭，成為近距離放療的最佳典范[1]。但人體腔道內(nèi)病變由于其特殊的解剖結(jié)構(gòu)，經(jīng)皮穿刺粒子植入恐難以取得滿意的粒子分布，療效也無法保證?；?92Ir對人體腔道內(nèi)病變近距離放療的啟發(fā)[2]，有學(xué)者開始嘗試將125I粒子串成鏈條狀結(jié)構(gòu)置入人體膽管、輸尿管、食管行近距離放療并取得成功[3-7]。但125I粒子鏈的徑向劑量分布是怎么樣的？對此國內(nèi)外尚沒有深入闡述。本研究使用三維治療計劃系統(tǒng)（3D-TPS）在體模內(nèi)置入粒子鏈并進行相關(guān)測量和回歸方程模擬，為腔道病變粒子鏈近距離放療提供劑量學(xué)依據(jù)。

材料與方法

一、125I粒子鏈模型制作

125I粒子為6711型粒子，粒子內(nèi)銀棒沒有吸附核素，外殼仍用鈦合金密封，直徑為0.8 mm，長度是4.5 mm，由成都云克藥業(yè)有限公司生產(chǎn)。容納125I粒子的導(dǎo)管為美國COOK公司生產(chǎn)的醫(yī)用導(dǎo)管（直徑3F，長度30 cm），導(dǎo)管遠端熱火燒灼封閉，近心端連接粒子植入槍，用18G頂針逐顆將粒子空殼一對一推入導(dǎo)管內(nèi)，之間沒有任何填充材料，近心端截斷并燒灼封閉而做成粒子鏈。單條粒子鏈（簡稱單鏈）長度分別為 4 cm（9粒），8 cm（18粒），12 cm（27粒）。雙條粒子鏈（簡稱雙鏈）長度分別為4 cm（18粒），8 cm（36粒），12 cm（54粒），膠帶固定粒子鏈于4 mm橡膠管外。兩條粒子鏈分列于橡膠管外，雙鏈間夾角180°。三條粒子鏈（簡稱三鏈）長度分別為4 cm（27粒），8 cm（54粒），12 cm（81粒），同上法固定于4 mm橡膠管外。三鏈之間夾角120°（圖1）。

圖1 1A、B、C分別為單、雙、三鏈橫斷面示意圖，紅色為125I粒子，藍色為導(dǎo)管（D=4 mm）。 1D、E、F代表單、雙、三鏈三維模擬劑量圖，紅色代表120 Gy覆蓋區(qū)域，黃色代表96 Gy覆蓋區(qū)域

二、CT掃描

將粒子鏈置于腹部等效體膜內(nèi)部固定，完成腹部掃描（圖 2），CT機為德國西門子 SOMATOM Definition Flash雙源CT，掃描條件：電壓120 kV，毫安秒300/338 mAs/mA，層厚5 mm，間距5 mm，窗位142 HU，窗寬800 HU。掃描成功后，將圖像傳入3DTPS治療計劃系統(tǒng)（北京航空航天大學(xué)）。

三、3D-TPS計劃

將Dicom標(biāo)準格式的掃描圖像輸入Image Import System of Surgical Plan系統(tǒng)（像素要求512×512）并存貯到系統(tǒng)圖像緩沖池。根據(jù)圖片粒子的斷層信息，添加粒子數(shù)目，圖片會顯示粒子的編號和位置，直到達到粒子額定數(shù)目。測量單、雙、三鏈距中心旁開 10、15、20、25、30 mm 劑量學(xué)證據(jù)（圖 3），D100處方劑量設(shè)定120 Gy，3位副主任以上醫(yī)師用同款TPS測量均數(shù)為該點的測量結(jié)果。

圖2 人體腹部等效體膜

圖3 3A、B、C分別為單、雙、三鏈TPS測量示意圖

圖 4 4A、B、C、D 分別代表單鏈 0.3、0.5、0.7、0.9 mCi的斷層模擬劑量圖，4E、F、G、H 分別代表雙鏈 0.3、0.5、0.7、0.9 mCi的斷層模擬劑量圖，4I、J、K、L 分別代表三鏈 0.3、0.5、0.7、0.9 mCi的斷層模擬劑量圖，紅色代表120 Gy覆蓋區(qū)域，黃色代表96 Gy覆蓋區(qū)域。

四、統(tǒng)計學(xué)方法

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0進行分析，采用隨機區(qū)組設(shè)計方差分析數(shù)據(jù)，回歸分析進行曲線擬合，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

一、徑向累積劑量表

分別測量長度4、8、12 cm的粒子鏈相關(guān)數(shù)據(jù)并整理成表格，3個人的測量數(shù)值誤差在2%以內(nèi)。單、雙、三鏈劑量（長度8 mm）分布見表1。

表1 長度8 cm單、雙、三鏈不同粒子活度的徑向劑量分布（Gy）

二、徑向劑量的影響因素分析

采用逐步回歸法分析，結(jié)果顯示粒子數(shù)在徑向劑量中影響微弱，本研究中將其剔除；徑向累積劑量 Dose（Gy）與125I粒子活度 activity（mCi）和測量點距離中心距離distance（cm）的回歸方程如下，單鏈：ln dose=43.3 activity-24.2 distance+48.4（R2=0.81，F(xiàn)=120.9，P ＜0.01； 雙 鏈 ：ln dose=95.4 activity-55.8distance+112.0（R2=0.80，F(xiàn)=110.9，P＜0.01）；三鏈：ln dose=138.0 activity-79.8 distance+160.5（R2=0.80，F(xiàn)=113.4，P＜0.01）。據(jù)初步計算結(jié)果，推薦臨床醫(yī)生根據(jù)治療目的，結(jié)合患者病變長度，參照本研究的徑向劑量表或擬合公式，選用適當(dāng)?shù)牧Ｗ踊疃取?/p>

討 論

腔道內(nèi)125I粒子鏈技術(shù)是中國粒子人對世界近距離治療的貢獻，并顯示出強勁的發(fā)展勢頭[8-9]。那么需要幾條粒子鏈，粒子鏈上需要幾顆125I粒子，粒子活度選擇多大？國內(nèi)對此問題沒有系統(tǒng)的闡述。125I為低劑量率放射性核素，初始劑量率只有0.0 013 Gy/min，γ射線能量低，衰減非?？?，劑量分布復(fù)雜。本研究在理想狀態(tài)下使用3D-TPS模擬計算了不同活度、粒子鏈數(shù)量及長度粒子的徑向劑量累積分布，共完成36個TPS計劃，測量結(jié)果繪制成表格，方便查找。

實驗發(fā)現(xiàn)粒子鏈長度對徑向累積劑量的影響微弱，而粒子活度及測量點距離中心的距離明顯影響徑向劑量的分布。單鏈距離中心旁開1 cm，活度0.5、0.7、0.9 mCi的累積劑量為 50.6、70.6、90.6 Gy，一個半衰期（2個月）的累積劑量為25.3、35.3、45.3Gy，僅就模擬劑量看，0.9 mCi是腔道內(nèi)治療的理想活度，而且適合狹小的空間比如二級膽管、輸尿管惡性梗阻、門脈癌栓，以期獲得較為滿意的局部劑量。盡管局部的累積劑量略低于常規(guī)外放療（50～70 Gy）[10]，但考慮到較小空間的介入操作和留置導(dǎo)管的便利性，若腫瘤直徑在1.5 cm以內(nèi)且臨床使用單鏈能夠獲得較好的臨床效果，應(yīng)該作為首選。雙鏈距離中心旁開1 cm，活度0.5、0.7、0.9 mCi的累積劑量為 114.3、161.7、207.2 Gy，一個半衰期（2個月）的累積劑量為 57、80.5、103 Gy，僅就模擬劑量看，0.7～0.9 mCi比較適合較為稍寬大的腔道，諸如食管惡性梗阻、膽總管惡性梗阻、腔靜脈癌栓等。三鏈距離中心旁開 1 cm，活度 0.5、0.7、0.9 mCi的累積劑量為166.6、230.2、293.1 Gy，一個半衰期（2個月）的累積劑量為 93.3、115.1、146.5 Gy，僅就模擬劑量看，比較適合寬大的腔道，諸如食管、腔靜脈、腸道惡性梗阻性病變。

從臨床的可操作性來看，雙鏈較單鏈能夠獲得更多的徑向劑量，但容納雙粒子腔需要雙腔6F以上導(dǎo)管，加上至少6F的引流腔道，若在狹小的空間內(nèi)，比如輸尿管內(nèi)，12F導(dǎo)管通過閉塞段較為困難，且增加了留置導(dǎo)管后的不舒適度，因此也可以采用單鏈，但需定期更換新粒子鏈，以期獲得更佳的劑量學(xué)分布[7]。本研究結(jié)果為未來多粒子鏈捆綁常規(guī)營養(yǎng)管、引流管、支架等提供了很好的劑量指導(dǎo)。由于粒子的近距離治療范圍有限，以0.9 mCi125I單鏈為例，距離粒子中心1 cm處劑量為90.6 Gy，2 cm處為30.6 Gy，3 cm處降為13.3 Gy，劑量跌落80%以上，若腫瘤侵犯范圍大，也可考慮半衰期后更換125I粒子鏈，克服劑量衰減過快的劣勢，以取得較好的劑量分布。

楊敏捷等[11]用玻璃劑量計及IP板測量粒子鏈劑量立體分布并與TPS軟件結(jié)果比較，認為玻璃劑量計測量數(shù)據(jù)與軟件計算相關(guān)性良好，得出連續(xù)線狀排列的粒子鏈輻射的等劑量分布類似于柱形體。梅雪松[12]等采用蒙特卡羅模擬法對125I粒子源進行徑向劑量研究認為，粒子空間劑量衰減速度快，軸切面上的劑量因粒子兩端的鈦殼厚使得劑量率減弱而呈現(xiàn)中間凹陷的形狀，橫斷面表現(xiàn)為均一性柱狀。這解釋了劑量模擬圖中間部分是圓柱狀的原因，也解釋了粒子鏈的長度對橫向累積劑量影響微弱的原因，粒子鏈的長度僅是柱狀劑量場的延伸。TPS模擬劑量圖兩端為錐形，明顯是沒有考慮到粒子兩端鈦殼自吸收率的影響[13]，可見TPS劑量模擬的兩端的劑量是不符合實際的，這可能跟TPS計劃系統(tǒng)的設(shè)計有關(guān)。姚麗紅等[14]應(yīng)用3D-TPS計算不同長度的放射性膽道支架在不同粒子活度下的表面徑向劑量分布，認為除活度和距離外，支架長度也可以明顯影響徑向劑量分布，與本研究不同。考慮可能是支架上攜帶粒子存在粒子劑量場的相互影響所致。

本實驗所有數(shù)據(jù)僅基于TPS軟件的模擬劑量，未考慮腫瘤對粒子劑量的敏感性和高劑量的毒副作用。也沒有考慮介質(zhì)對劑量分布的影響[15]，另外在測量過程中，對于距離粒子鏈小于1 cm的徑向累積劑量，由于測量不確切性非常高很難通過TPS計算得到。因此真正的粒子鏈劑量仍需進一步研究。

參考文獻

[1]王俊杰.中國大陸地區(qū)影像引導(dǎo)介入近距離治療學(xué)發(fā)展概述[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志，2016，25（4）:301-303.doi:10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2016.04.001.

[2]Chen Y，Wang XL，Yan ZP，et al.HDR-192Ir intraluminal brachytherapy in treatment of malignant obstructive jaundice[J].World J Gastroenterol，2004，10（23）:3506-3510.

[3]姚紅響,陳根生,葉冠雄,等.膽道支架聯(lián)合125I粒子條治療惡性梗阻性黃疸[J].介入放射學(xué)雜志，2014，23（10）：893-896.doi：10.3969/j.issn.1008-794x.2014.10.014.

[4]Yu TZ，Zhang W，Liu QX，et al.Endovascular brachytherapy combined with portal vein stenting and transarterial chemoembolization improves overall survival of hepatocellular carcinoma patients with main portal vein tumor thrombus[J].Oncotarget，2017，8 （7）:12108-12119.doi:10.18632/oncotarget.14520.

[5]Yang QH，Zhang W，Liu QX，et al.TACE Combined with Implantation of Irradiation Stent Versus TACE Combine with Bare Stent for HCC Complicated by IVCTT [J].Cardiovasc Intervent Radiol，2016，39（9）:1280-1288.doi:10.1007/s00270-016-1372-8.

[6]吳林霖，顏志平，張雯，等.經(jīng)動脈灌注化療聯(lián)合125I粒子條治療原發(fā)性肝癌合并門脈癌栓的療效分析 [J].介入放射學(xué)雜志,2015，24（9）:776-780.doi：10.3969/j.issn.1008-794X.2015.09.009.

[7]焦德超，韓新巍，張福君，等.放射性粒子鏈近距離治療輸尿管癌一例 [J]. 中華放射學(xué)雜志，2016，50（5）：397-398.doi:10.3760/cma.j.issn.1005-1201.2016.05.019.

[8]Luo JJ，Zhang ZH，Liu QX，et al.Endovascular brachytherapy combined with stent placement and TACE for treatment of HCC with main portal vein tumor thrombus[J].Hepatol Int，2016，10（1）:185-195.doi:10.1007/s12072-015-9663-8.

[9]陳斌，謝宗貴，毛延發(fā)，等.可攜帶125I粒子的膽道引流導(dǎo)管的研制報告 [J]. 介入放射學(xué)雜志，2015，24（2）:154-157.doi:10.3969/j.issn.1008-794X.2015.02.016.

[10]趙路軍，王平.小細胞肺癌放射治療新進展-東西方的探索[J].中華放射腫瘤學(xué)雜志，2017，26（1）:107-110.doi:10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2017.01.026.

[11]楊敏捷，羅劍鈞，劉清欣，等.125I粒子條劑量分布研究[J].介入放射學(xué)雜志，2015，24 （l）:59-63.doi:10.3969/j.issn.1008-794X.2015.01.014.

[12]梅雪松,張慧,馬玉剛,等.用Monte Carlo模擬法和理論計算法研究125I粒子源的劑量分布[J].中國輻射衛(wèi)生，2011，20（2）:151-153.

[13]Mason J，AL-Qaisich B，Bownes P，et al.Monte Carlo investigation of I-125 interseed attenuation for standard and thinner seeds in prostate brachytherapy with phantom validation using a MOSFET[J].Med Phys，2013，40（3）:031717.doi:10.1118/1.4793256.

[14]姚麗紅，林蕾，孫海濤，等.三維治療計劃系統(tǒng)計算125I放射性膽道支架表面徑向劑量分布[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2016，96（9）：727-730.doi:10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2016.09.014.

[15]湯曉斌，陳飛達，謝芹，等.不同人體組織中192Ir，125I粒子源的劑量分布研究 [J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2011，28（6）:2971-2975.doi:10.3969/j.issn.1005-202X.2011.06.004.