相鄰層粒子不同排布方式125I粒子放射性食管支架劑量學(xué)比較

趙志遠(yuǎn)，李培永，張曉福，王寶山，郝國(guó)君，申?yáng)|峰（通信作者*）

（1.山西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，山西 太原030024; 2.山西省中醫(yī)院介入血管科，山西 太原030012）

0 引言

食管癌是是我國(guó)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，以進(jìn)行性吞咽困難為主要臨床特征，大多數(shù)患者均失去手術(shù)機(jī)會(huì)[1-2]。125I放射性粒子食道支架可通過(guò)抑制腫瘤生長(zhǎng)降低支架再狹窄發(fā)生率，同時(shí)有效提高患者生存質(zhì)量減少并發(fā)癥的出現(xiàn)，延長(zhǎng)生存期[3]。目前國(guó)內(nèi)外雖不乏有學(xué)者對(duì)食道粒子支架展開(kāi)研究，但關(guān)于125I粒子數(shù)量、排布方式的劑量學(xué)研究文獻(xiàn)依舊較少。食道粒子支架劑量學(xué)分布特點(diǎn)不但能為臨床治療過(guò)程中粒子支架的應(yīng)用提供規(guī)范，還可對(duì)其他空腔臟器惡性腫瘤的粒子支架應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。本文擬通過(guò)計(jì)算機(jī)治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）對(duì)相鄰層粒子錯(cuò)位排布和順位排布不同粒子排布方式的125I粒子食道支架腫瘤靶區(qū)劑量學(xué)分布特征進(jìn)行分析對(duì)比，并進(jìn)一步為臨床應(yīng)用放射性粒子食管支架治療緩解食管癌食道狹窄提供劑量學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

放射性粒子組織植入計(jì)算機(jī)治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）（北京天航科霖科技發(fā)展有限公司）；125I放射性粒子（寧波君安藥業(yè)有限公司）：外包殼材料鈦管外徑0.8mm，長(zhǎng)度4.5mm，壁厚0.05mm，內(nèi)核材料銀絲尺寸0.5mm×3mm，銀絲表層鍍I-125同位素，粒子半衰期59.6d，γ射線(xiàn)能量35.5Kev，X射線(xiàn)能量27.4-31.4Kev，組織半價(jià)層為20mm，放射性活度為0.3-0.9mCi。125I食道支架（常州佳森支架器械有限公司）：為臨床常用支架，選擇該研究所需的相同直徑下不同長(zhǎng)度的支架作為制備食道粒子支架模型材料。

1.2 放射性粒子支架制備

選擇直徑為20mm的支架，按照同層粒子數(shù)目3、4、5個(gè)將支架分為A、B、C三組，每組再按照相鄰層順位排布和錯(cuò)位排布分為1、2兩組，共A1、A2、B1、B2、C1、C2六組。所有支架均以中心為原點(diǎn)。A組支架每層布源3顆粒子，A1組所有層面均在0°、120°和240°三個(gè)角度布源；A2組奇數(shù)層在0°、120°、240°布源，偶數(shù)層在60°、180°、300°布源。B組支架每層布源4顆粒子，B1組所有層面均在0°、90°、180°、270°四個(gè)角度布源；B2組在奇數(shù)層在0°、90°、180°、270°布源，偶數(shù)層在45°、135°、225°、315°布源；C組支架每層布源5顆粒子，C1組所有層面均在0°、72°、144°、216°、288°布源，C2組奇數(shù)層在0°、72°、144°、216°、288°布源、偶數(shù)層在36°、108°、180°、252°、324°布源。所有支架粒子層間距為1cm，所有支架分別先后載入0.3mCi、0.4mCi、0.5mCi、0.6mCi、0.7mCi、0.8mCi、0.9mCi等7種不同活度的粒子，均用記憶合金絲（直徑為0.16mm）有規(guī)則纏繞并固定125I粒子。

1.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)M

利用計(jì)算機(jī)治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）創(chuàng)建17層圖像，層距5mm，在TPS系統(tǒng)中模擬直徑20mm、長(zhǎng)度8cm的粒子支架。定義模擬支架邊界為腫瘤靶區(qū)（GTV）內(nèi)界，外擴(kuò)5mm為靶區(qū)外界，利用TPS進(jìn)行勾畫(huà)，靶區(qū)呈圓環(huán)型長(zhǎng)度為6cm，設(shè)定處方劑量為80Gy。在每組模擬支架先后載入0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9mci7種不同活度粒子。通過(guò)TPS系統(tǒng)驗(yàn)證6組支架不同粒子活度下劑量分布。導(dǎo)出DVH圖并記錄六組支架在不同粒子活度下D90、V90數(shù)值，分別測(cè)量6次以保障實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性（以±s表示）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分類(lèi)和處理，采用單因素方差A(yù)NOVA分析，若組間方差不齊則采用非參數(shù)檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

A1、A2、B1、B2、C1、C2等6組粒子支架在不同粒子活度下D90、V90值見(jiàn)表1、表2。 6組支架不同粒子活度下D90劑量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），6組支架不同粒子活度下V90差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 6組支架不同粒子活度（mCi）下D90劑量(±s，Gy)

表1 6組支架不同粒子活度（mCi）下D90劑量(±s，Gy)

分組 0.30.40.50.60.70.80.9 A121.08±1.6032.76±1.4841.95±1.5449.93±1.5557.14±1.5065.94±1.5176.70±1.49 A230.77±1.5140.58±1.4750.76±1.5761.45±1.5569.94±1.4980.68±1.5290.54±1.45 B138.76±1.5950.62±1.4965.08±1.6977.16±1.5590.79±1.55104.63±1.54115.52±1.54 B240.92±1.9553.69±1.5868.80±1.5481.94±1.6095.58±1.61109.07±1.59121.98±1.52 C147.55±1.4962.71±1.6277.93±1.6293.88±1.62109.68±1.52123.56±1.54139.56±1.50 C250.78±1.5266.79±1.4981.95±1.4897.94±1.50114.68±1.61129.91±1.63149.73±1.56 F值 138.29215.67296.86424.06426.01757.61978.14 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表2 6組支架不同粒子活度（mCi）下V90(±s，%)

表2 6組支架不同粒子活度（mCi）下V90(±s，%)

分組 0.30.40.50.60.70.80.9 A19.93±1.5221.75±2.4939.51±2.5462.72±1.5376.87±1.5186.44±1.5589.83±1.55 A29.97±1.5624.86±2.4744.52±2.4973.69±1.5388.53±1.5195.92±1.5398.28±1.53 B122.03±1.5261.53±2.5582.83±2.5492.44±1.5496.23±1.5397.92±1.53100±0 B216.23±1.5662.67±2.5585.64±2.5394.94±1.5496.67±1.5298.86±1.10100±0 C125.75±1.5974.73±2.5192.90±2.5597.86±1.56100.0±0.0100.0±0.0100±0 C220.14±1.5776.74±2.5694.44±2.5398.60±1.30100.0±0.0100.0±0.0100±0 F值 53.73281.93284.58295.76157.2458.1964.25 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

3 討論

125I放射性粒子與普通食管支架結(jié)合產(chǎn)生的125I粒子放射性食管支架，使腔內(nèi)近距離放療（ILBT）可同時(shí)兼顧重建食道通暢以及對(duì)局部腫瘤進(jìn)行內(nèi)照射治療[4]。125I粒子不但能滿(mǎn)足靶區(qū)腫瘤細(xì)胞及組織的根治劑量，并且其對(duì)周?chē)＝M織損傷小?；谏鲜鲈恚Ｗ又Ъ芸赏瑫r(shí)達(dá)到降低支架再狹窄發(fā)生率，提高患者生存質(zhì)量并延長(zhǎng)患者生存期等目的。目前在食道惡性腫瘤治療過(guò)程中已得到推廣。盡管近年來(lái)有已諸多文獻(xiàn)對(duì)放射性食管支架的臨床療效展開(kāi)研究，但所采用的支架規(guī)格、粒子的排布方式及數(shù)量皆不相同，關(guān)于放射性食管支架的劑量學(xué)分布相關(guān)研究依然較少，劑量學(xué)模型仍未明確[5]。

劑量分布作為影響腫瘤局部控制率的關(guān)鍵因素，受粒子活度、粒子間距、粒子排布方式、支架直徑等多種條件的影響。目前臨床關(guān)于食道粒子支架的粒子活度、間距、排列方式等標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一。先前研究采用的粒子活度范圍為0.4-0.9mCi、層粒子間距為1-2.5cm、每層粒子布源3-4顆[6]。對(duì)于粒子支架而言，針對(duì)其不同因素分別探討其對(duì)劑量分布的影響至關(guān)重要。本研究將處方劑量設(shè)定為80Gy，經(jīng)TPS模擬六組支架在靶區(qū)的劑量分布情況。D90劑量學(xué)參數(shù)與125I粒子植入的質(zhì)量直接相關(guān)，是影響腫瘤局部控制率的關(guān)鍵因素。

①當(dāng)每層粒子數(shù)量為3顆，即使A1組粒子活度達(dá)到0.9mci，D90劑量最接近處方劑量也僅為76.70Gy，不能滿(mǎn)足處方劑量要求。既往研究表明，D90劑量學(xué)參數(shù)與125I粒子植入的質(zhì)量直接相關(guān)，是影響腫瘤局部控制率的關(guān)鍵因素[7]。當(dāng)粒子活度＜0.9mci則始終處于較低的劑量學(xué)參數(shù)水平，80Gy以下的劑量往往易導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)[8]；而A2組在粒子活度為0.8mci時(shí)，D90劑量達(dá)到80.3Gy接近處方劑量，V90為95.92%。對(duì)于每層3粒子的支架，不推薦順位排布方式，即使選擇錯(cuò)位排布方式也應(yīng)盡量選擇高活度粒子進(jìn)行布源。

②當(dāng)每層粒子數(shù)量為4顆，粒子活度為0.6mci時(shí)，兩組D90劑量最接近處方劑量分別為77.16Gy、81.94Gy，此時(shí)V90分別對(duì)應(yīng)為92.44%、94.94%，均較為理想，可同時(shí)滿(mǎn)足照射靶區(qū)內(nèi)無(wú)明顯低劑量區(qū)、高劑量區(qū)少等條件（圖1）。于慧敏等[9]同樣在處方劑量80Gy情況下以放射性支架中的縱橫垂直粒子間距為變量探討了其在不同粒子活性下腫瘤靶區(qū)的劑量學(xué)分布特征，在支架直徑20mm時(shí)，推薦粒子間距為1cm，活度為0.6mci。當(dāng)粒子活度＜0.6mci時(shí)，劑量學(xué)參數(shù)水平較低，D90所對(duì)應(yīng)的處方劑量均小于80Gy。當(dāng)粒子活度＞0.6mci時(shí)，雖然V90數(shù)值均在95%以上，但D90劑量均處于較高水平，B2組在粒子活度為0.8mci、0.9mci時(shí)的200%處方劑量甚至達(dá)到50%以上，較高的處方劑量雖易導(dǎo)致腫瘤壞死，但同時(shí)極大增加了食管穿孔等并發(fā)癥出現(xiàn)的概率[10]。對(duì)于每層4粒子的支架，粒子活度0.6mci錯(cuò)位排布是建議選擇的排布方式。

圖1 六組支架在80Gy處方劑量下每種粒子活度不同劑量線(xiàn)在支架中段平面各等劑量分布曲線(xiàn)圖

③當(dāng)每層粒子數(shù)量為5顆，粒子活度為0.5mci時(shí)，D90劑量就分別達(dá)到了77.93Gy、81.95Gy，最接近處方劑量，此時(shí)V90值也較為理想。相較于A(yíng)、B組支架，C組支架粒子在0.5mci時(shí)便可達(dá)到接近80Gy的處方劑量要求（表1、表2）。由此可見(jiàn)，在支架直徑、粒子活度條件不變的情況下，同層面125I粒子數(shù)目越多，就越容易滿(mǎn)足處方劑量要求。這與孫海濤等[11]的研究，在保證粒子活度、支架直徑及長(zhǎng)度均相同的情況下，同層粒子數(shù)量越多支架徑向累積劑量越高結(jié)論相一致。但需要提及的是，在量表2中當(dāng)粒子活度為0.8mci、0.9mci時(shí)，由于粒子活度過(guò)高，B、C兩組V90在此時(shí)均達(dá)到了100%上限，D90也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出處方劑量，這在臨床應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)值得注意。

④六組支架中相鄰層粒子錯(cuò)位排布支架在同一粒子活度下的D90劑量均高于相鄰層粒子排順位排布支架，A1組V90大于A(yíng)2組，B1組與B2組、C1組與C2組同層粒子數(shù)目相同時(shí)不同粒子活度下V90值基本相同（表1、表2）。因此當(dāng)支架直徑相同、同層粒子數(shù)量相同時(shí)，相鄰層粒子錯(cuò)位排布所獲得的劑量更大，比順位排布更容易滿(mǎn)足處方劑量要求。這應(yīng)與錯(cuò)位排布結(jié)構(gòu)在一定程度上填補(bǔ)順位排布結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的“照射冷點(diǎn)”相關(guān)，對(duì)輻照空間的利用更全面。Wang等[12]的研究采取每層4顆粒子，呈90°角相鄰層錯(cuò)位排列的排布方式，使納入研究的患者達(dá)到了11.6個(gè)月的中位生存期，遠(yuǎn)高于既往文獻(xiàn)所報(bào)道的時(shí)間。劉衛(wèi)東等[13]鑒于125I粒子的有效作用半徑，同樣認(rèn)為在確定適宜粒子活度后，為避免“照射冷點(diǎn)”的出現(xiàn)應(yīng)保證粒子布源對(duì)稱(chēng)均勻。

雖然125I放射性粒子食管支架在臨床中獲得了較為廣泛的應(yīng)用，明確治療靶區(qū)和外周正常組織的劑量分布特征，建立可準(zhǔn)確測(cè)量劑量學(xué)分布的模型，使空腔臟器腫瘤的治療規(guī)范化仍是目前需要著力解決的問(wèn)題。食管癌作為空腔臟器惡性腫瘤，處方劑量的常規(guī)選擇范圍多為60-80Gy，但125I粒子相較于外放療釋放射線(xiàn)的過(guò)程具有持續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)，因此可通過(guò)適度增加處方劑量以達(dá)到最佳治療效果。另外，本次研究結(jié)果基于TPS模擬所得，與真正植入患者體內(nèi)時(shí)的實(shí)際情況應(yīng)有所不同，因此也存在一定局限性與誤差，需要進(jìn)行大量臨床試驗(yàn)對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行證明。