放射性125I粒子植入中空器官與實(shí)質(zhì)器官的劑量學(xué)研究進(jìn)展

賈鵬飛，趙輝

1南通大學(xué)附屬醫(yī)院，江蘇南通226001；2南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院

在過去的十年中，放射性125I粒子植入被公認(rèn)為是許多不可手術(shù)或局部復(fù)發(fā)腫瘤的替代療法之一。該技術(shù)有以下特點(diǎn)：①小尺寸，易于轉(zhuǎn)載和植入；②在向鄰近腫瘤組織傳遞高劑量照射的同時(shí)，可保護(hù)相對較近位置的正常組織；③可最大程度減少由于器官移動引起的治療誤差[1]。傳統(tǒng)的植入方法無法將放射性125I粒子精確地植入到腫瘤內(nèi)，且劑量學(xué)參數(shù)不明確。但隨著粒子鏈技術(shù)、粒子支架、3D模板打印技術(shù)及治療計(jì)劃系統(tǒng)的應(yīng)用，粒子植入位置的精確性和劑量學(xué)的精準(zhǔn)性也越來越高。本文就放射性125I粒子植入在中空器官與實(shí)質(zhì)器官的劑量研究作一綜述，為125I粒子植入提供劑量學(xué)方面的參考。

1 中空器官植入放射性125I粒子的劑量

1.1 膽管支架聯(lián)合粒子條的劑量 對于惡性梗阻性黃疸，放置金屬支架是目前被廣泛認(rèn)可和接受的治療方法，但腫瘤生長或正常組織增生導(dǎo)致支架再狹窄是該方法的主要缺點(diǎn)[2]。125I粒子的放射性可減小腫瘤組織并抑制內(nèi)皮細(xì)胞增生，且有研究表明膽管支架聯(lián)合粒子條治療惡性阻塞性黃疸安全有效，可提高支架通暢性和患者生存率[3]。影響粒子條徑向劑量分布的因素包括粒子活度、離粒子條距離及弧度等，但粒子條的長度對徑向劑量分布的影響較為微弱。王耀明等[4]研究了由10顆及20顆活度為1.0 mCi的125I粒子組成的粒子條劑量分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)距離粒子條中心點(diǎn)垂直距離為0.5 cm的4周累積劑量分別為78.6、80.8 Gy，距離為1 cm的4周累積劑量分別為32.8、37.1 Gy。焦德超等[5]研究發(fā)現(xiàn)，單條、雙條、三條粒子條距離中心旁開1 cm、活度為0.3 mCi時(shí)的累積劑量分別為30.5、69.2、98.4 Gy，活度為0.5 mCi時(shí)的累積劑量分別為50.6、114.3、166.6 Gy，活度為0.7 mCi時(shí)的累積劑量分別為70.6、161.7、230.2 Gy，活度為0.9 mCi時(shí)的累積劑量分別為90.6、207.2、293.1 Gy；由此得到了累積劑量與粒子活度、支架周圍粒子條數(shù)量有關(guān)的結(jié)論，且粒子的作用距離較為有限，其中距離活度為0.9 mCi的單條粒子條中心1 cm處的累積劑量為90.6 Gy，2 cm處為30.6 Gy，3 cm處降為13.3 Gy，劑量跌落梯度較大。郝亮等[6]研究顯示，粒子條弧度改變對劑量分布的影響較大；該研究的處方劑量定為60 Gy、粒子條弧度為30°時(shí)，膽管D90(90%腫瘤體積接受的處方劑量)最大為132.21 Gy、V100(靶區(qū)接受100%處方劑量的體積百分比)為100%；粒子條弧度為60°時(shí)，膽管D90最低為45 Gy、V100為68%；粒子條弧度為30°時(shí)，距離中心點(diǎn)5 mm處向心側(cè)和離心側(cè)的累積劑量分別為165、142 Gy；粒子條弧度為180°時(shí)，距離中心點(diǎn)5 mm處向心側(cè)和離心側(cè)的累積劑量分別為90、50 Gy。

1.2 膽管粒子支架的劑量 膽管粒子支架一般由內(nèi)、外兩部分組成；內(nèi)部為自膨式鈦和鎳形狀記憶合金制成的編織網(wǎng)狀支架，可提供支撐力；外部為直徑稍大的自膨式放射性支架，外部支架裝載放射性I粒子。膽管粒子支架的徑向劑量分布不僅受粒子活度、離支架距離的影響，還受放射性支架長度的影響。Yao等[7]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粒子活度保持不變時(shí)，徑向累積劑量隨放射性支架長度的縮短而減少，在距離放射性支架5 mm處，支架長度從8 cm縮短至6 cm時(shí)，累積劑量減少了4～16 Gy；支架長度從6 cm縮短至4 cm時(shí)，劑量劑量減少了13～25 Gy；當(dāng)放射性支架長度保持不變時(shí)，徑向累積劑量隨粒子活度的減小而減少，當(dāng)粒子活度從0.5 mCi減為0.4 mCi時(shí)，在距離4、6、8 cm長度支架5 mm處的累積劑量分別減少13、16、17 Gy；該研究對距離支架表面1 mm的累積劑量即表面累積劑量進(jìn)行了觀察，結(jié)果顯示0.4～0.8 mCi的125I粒子在8 cm長度支架上產(chǎn)生的表面累積劑量為97～195 Gy，該項(xiàng)指標(biāo)可以用來評估膽管壁發(fā)生穿孔的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 食管粒子支架的劑量 食管粒子支架即在食管支架周圍裝載放射性125I粒子，不僅可以迅速、有效地緩解因惡性狹窄導(dǎo)致的吞咽困難，還可以有效減小腫瘤體積。粒子間距、支架直徑及粒子活度是影響食管粒子支架徑向累積劑量分布的主要因素，距離支架越近，這一現(xiàn)象就越明顯。孫海濤等[8]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)支架直徑、長度和粒子活度相等時(shí)，同層面粒子數(shù)量越多，即粒子間距越小，其徑向累積劑量越高，且劑量增加幅度隨粒子活度的增加而增加，隨離支架中心距離的增加而減??；當(dāng)支架長度不同時(shí)，只要同一層面的粒子數(shù)量相同，其累積劑量就無明顯變化；粒子間距1 cm的等劑量曲線的適形性和均勻性均優(yōu)于粒子間距1.5 cm，當(dāng)粒子間距為1.5 cm時(shí)，可見較多的劑量“冷點(diǎn)”。于敏慧等[9]研究將處方劑量定為80 Gy，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①當(dāng)粒子縱橫垂直間距為0.5 cm時(shí)，靶區(qū)均在200 Gy等劑量線包繞范圍內(nèi)，并且隨著活度的增加，其包繞范圍越大；②當(dāng)粒子縱橫垂直間距為1.0 cm、粒子活度為0.6 mCi時(shí)，靶區(qū)D90為89.17 Gy、V90為95.7%；③當(dāng)粒子縱橫垂直間距為1.5 cm時(shí)，靶區(qū)內(nèi)有大量低劑量區(qū)，即使粒子活度為0.9 mCi，靶區(qū)D90僅為47.19 Gy、V90為64.90%。因此該研究建議，直徑為2 cm的食管支架使用粒子間距為1.0 cm、活度為0.6 mCi。張宏濤等[10]研究將處方劑量定為80 Gy，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①將活度為0.6 mCi的125I粒子轉(zhuǎn)載在直徑為12 mm的食管支架上，每層4顆粒子均勻分布，層間距為1 cm時(shí)，靶區(qū)D90為77.82 Gy、V90為95.9%；當(dāng)支架直徑改為14 mm時(shí)，活度為0.7 mCi的粒子可獲得較為滿意的劑量學(xué)分布。②將活度為0.7 mCi的125I粒子轉(zhuǎn)載在直徑為16 mm的食管支架上，每層5顆粒子均勻分布，層間距為1 cm時(shí)，靶區(qū)D90為83.52 Gy、V90為94.9%。

1.4 門靜脈粒子支架的劑量 隨著腔內(nèi)粒子支架相關(guān)研究的日益增多，門靜脈粒子支架已成為治療門靜脈癌栓的新方法。Yao等[11]研究使用直徑為1 cm、長為10 cm的支架分別裝載1、2、3根粒子條，并進(jìn)行劑量學(xué)比較；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于相同活度的粒子，隨著粒子數(shù)量的增加，靶區(qū)V100也明顯增加；靶區(qū)的適形指數(shù)與粒子活度及粒子條數(shù)量呈正相關(guān)關(guān)系，與處方劑量并無明顯相關(guān)性；靶區(qū)均勻指數(shù)與粒子活度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與處方劑量及粒子條數(shù)量無明顯相關(guān)性。該研究認(rèn)為，門靜脈支架聯(lián)合單根粒子條不能滿足劑量學(xué)要求；當(dāng)使用門靜脈支架聯(lián)合2根粒子條時(shí)，粒子活度為0.7 mCi可以滿足處方劑量為105 Gy的劑量學(xué)要求；當(dāng)使用門靜脈支架聯(lián)合3根粒子條時(shí)，若處方劑量為105、125、145 Gy，則建議粒子活度分別為0.5、0.5、0.6 mCi。

2 實(shí)質(zhì)器官植入放射性125I粒子的劑量

2.1 放射性125I粒子植入在肺癌治療中的劑量 隨著粒子植入計(jì)劃的發(fā)展，在3D模板打印技術(shù)的指導(dǎo)下，依據(jù)術(shù)前治療計(jì)劃可以將植入針以任意角度插入腫瘤內(nèi)，從而避免直接穿透血管和骨骼。盡管計(jì)劃系統(tǒng)可以制定完美的術(shù)前計(jì)劃，但術(shù)前計(jì)劃也無法完全實(shí)現(xiàn)，主要原因有：①術(shù)前計(jì)劃是在手術(shù)前幾天完成的，在此期間腫瘤大小和形狀可能會發(fā)生改變；②手術(shù)時(shí)患者的體位很難與術(shù)前體位完全一致；③由于呼吸運(yùn)動，肋骨、血管及神經(jīng)可能會阻擋植入針道，從而導(dǎo)致術(shù)前計(jì)劃的改變。因此，對于位置相對固定的腫瘤，運(yùn)用3D模板打印技術(shù)指導(dǎo)放射性粒子植入的術(shù)前和術(shù)后計(jì)劃的劑量學(xué)參數(shù)有良好的一致性，例如D90、V90、V120、V150[12]。Li等[13,14]研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)中計(jì)劃靶區(qū)V100、V150、V200均高于術(shù)前計(jì)劃，靶區(qū)適形度、計(jì)劃質(zhì)量指數(shù)均有所提高，靶區(qū)均整度下降，肺受量無明顯變化，因此在按照術(shù)前計(jì)劃行肺癌放射性粒子植入術(shù)的同時(shí)，要進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而獲得更高靶區(qū)處方劑量覆蓋率和更好計(jì)劃質(zhì)量指數(shù)的術(shù)中計(jì)劃，但同時(shí)也會提高靶區(qū)的高劑量區(qū)。該作者進(jìn)行了粒子植入與立體定向放療的劑量學(xué)比較，發(fā)現(xiàn)與立體定向放療相比，粒子植入可以產(chǎn)生相等的生物劑量，而正常組織僅接受非常低的放射劑量，幾乎不受損害，但粒子植入中靶區(qū)的適形指數(shù)和均整度均低于立體定向放療。

2.2 放射性125I粒子植入在前列腺癌治療中的劑量 放射性粒子植入是治療前列腺癌的重要方法。美國近距離放射治療協(xié)會推薦：若將放射性粒子植入作為前列腺癌的單一療法時(shí)，其靶區(qū)處方劑量應(yīng)為140～160 Gy[15]，但前列腺的形狀、體積、組織異質(zhì)性，術(shù)中前列腺的變形、水腫，術(shù)后粒子的丟失、移位等，均可對靶區(qū)劑量分布產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致靶區(qū)劑量不足或過剩。Merrick等[16]將前列腺分為12個部位，并進(jìn)行劑量學(xué)比較，發(fā)現(xiàn)前列腺底部的劑量分布不如中部和尖部，外側(cè)及后側(cè)部分優(yōu)于前面部分。Liu等[17]研究發(fā)現(xiàn)，125I粒子植入治療前列腺癌時(shí)，體積<25 cm3的前列腺D90<140 Gy的概率升高32%，該作者認(rèn)為小體積前列腺D90覆蓋率較差的原因之一是水腫對小體積前列腺的影響較大。

低能放射源劑量計(jì)算的模型一般將均質(zhì)的水作為介質(zhì)，但人體組織具有異質(zhì)性，該異質(zhì)性會影響計(jì)劃系統(tǒng)中劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性[18]。Ohashi等[19]研究發(fā)現(xiàn)，若粒子聚集在一起或接近鈣化灶時(shí)可進(jìn)行MRI掃描，而基于MRI的劑量計(jì)算是一種較為實(shí)用的方法。Oliveira等[20]采用蒙特卡羅劑量計(jì)算方法分析前列腺組織異質(zhì)性對劑量學(xué)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與蒙特卡羅算法相比，用水作為介質(zhì)進(jìn)行計(jì)算的前列腺D90被高估了2.8%～3.9%，直腸的D0.1 cc(危及器官中0.1 cc體積接受的照射劑量)被高估了6%～8%；若將劑量換算成等效生物劑量，前列腺D90則被高估了3.5%～3.7%，直腸D0.1 cc則被高估了7.7%～8.3%。

放射性粒子植入治療前列腺癌常使用超聲引導(dǎo)，而直腸充氣探頭會引起前列腺變形，進(jìn)而導(dǎo)致劑量學(xué)變化。Lian等[21]通過圖像形變配準(zhǔn)，將變形后圖像上的粒子映射到變形前的圖像上，發(fā)現(xiàn)變形會導(dǎo)致100%的等劑量線向前移動，150%的等劑量線向尿道靠近，并且會高估靶區(qū)的處方劑量覆蓋率和直腸劑量，低估尿道劑量。Kovtun等[22]研究發(fā)現(xiàn)，前列腺癌患者粒子植入術(shù)后前列腺常常會發(fā)生水腫，但不會顯著影響125I粒子植入的長期總體劑量，但對于半衰期較短的放射性粒子(如銫137)，大部分劑量會沉積在水腫的前列腺。Knaup等[23]研究發(fā)現(xiàn)，植入后粒子的丟失和移位會導(dǎo)致靶區(qū)D90降低。而Vassiliev等[24]認(rèn)為，尿道周圍粒子移位較小，不足以影響前列腺的劑量學(xué)分布。近年來，粒子鏈技術(shù)逐漸應(yīng)用于臨床，該技術(shù)可以使粒子保持較好的排列狀態(tài)，同時(shí)也讓粒子遷移得到很好的控制。Major等[25]研究發(fā)現(xiàn)，與自由粒子植入相比，用粒子鏈植入的靶區(qū)處方劑量覆蓋率稍好，但會導(dǎo)致尿道和直腸接受劑量升高及靶區(qū)均整度變差。

2.3 放射性125I粒子植入在胰腺癌治療中的劑量 胰腺癌是最常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一，放射性粒子植入能改善腫瘤的局部控制率，并有效緩解患者疼痛[26]。Huang等[27]運(yùn)用3D模板打印技術(shù)指導(dǎo)125I粒子植入治療胰腺癌，處方劑量定為140 Gy，術(shù)前計(jì)劃靶區(qū)D90、V90、V100、V150分別為155.3 Gy、97.1%、94.5%、59.3%，術(shù)后計(jì)劃靶區(qū)分別為154.8 Gy、94.6%、91.0%、64.5%，可見3D模板打印技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)術(shù)前治療計(jì)劃。該研究結(jié)果顯示，使用徒手經(jīng)驗(yàn)法植入時(shí)，靶區(qū)D90、V90、V100、V150分別為103.3 Gy、78.9%、72.9%、48.2%，其劑量參數(shù)均低于3D模板打印技術(shù)，說明3D模板打印技術(shù)是125I粒子植入治療胰腺癌較為理想的輔助工具。

此外，葉克強(qiáng)等[28]對125I放射性粒子在骨介質(zhì)中的劑量學(xué)分布進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在同樣的介質(zhì)深度下，125I粒子的劑量沉積能力自骨皮質(zhì)、骨松質(zhì)、軟骨、水、黃骨髓、紅骨髓依次遞減，在介質(zhì)深度分別為0.01、0.1、1 cm處，125I粒子在骨皮質(zhì)中的劑量沉積分別是在水中的12.90、9.72、0.30倍。因此，125I放射性粒子在骨組織中的劑量分布不等同于水，其能量主要沉積在骨介質(zhì)表面，在制定靶區(qū)毗鄰骨組織的治療計(jì)劃時(shí)，應(yīng)考慮骨組織的影響。但目前的計(jì)劃系統(tǒng)一般是基于水介質(zhì)計(jì)算的，期待將來有更多的研究能將不同組織的能量沉積能力納入考慮范圍。自動化粒子植入技術(shù)最初由Utrecht近距離放療團(tuán)隊(duì)提出，在歐洲被廣泛使用，且該技術(shù)符合美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)會和美國近距離放射治療協(xié)會的相關(guān)規(guī)范。雖然Genebes等[1]研究發(fā)現(xiàn)，自動化粒子植入技術(shù)較傳統(tǒng)技術(shù)的劑量分布較差，但運(yùn)用該技術(shù)治療前列腺癌可以提高質(zhì)量保證及輻射安全性。目前關(guān)于自動化粒子植入技術(shù)的研究較少，期待將來隨著技術(shù)的發(fā)展，有更多該方面的劑量學(xué)研究。