唐富龍，任菊娜，吳娟，張宏濤，高貞，于慧敏，王娟

·實(shí)驗(yàn)研究Experimental research·

125I放射性粒子單平面布源劑量學(xué)研究

唐富龍，任菊娜，吳娟，張宏濤，高貞，于慧敏，王娟

目的探討同數(shù)量、同活度125I粒子單平面不同排列的劑量分布及其效應(yīng)。方法利用計(jì)算機(jī)三維治療計(jì)劃系統(tǒng)（3D-TPS）模擬9顆2.59×107Bq125I粒子的9種排列方式，得出60 Gy、80 Gy、130Gy、145 Gy和200Gy等劑量分布曲線并計(jì)算曲線包含的面積、長(zhǎng)徑、短徑及單位面積的醫(yī)療費(fèi)用。結(jié)果粒子排列方式不同時(shí)相同等劑量曲線包含的面積、長(zhǎng)徑、短徑和單位面積的醫(yī)療費(fèi)用存在差異。60 Gy、80Gy、130Gy、145Gy和200 Gy等劑量曲線內(nèi)面積最大的粒子排列方式分別為：x1.5y1.5、x1y1.5、x1y1、x1y1、x0.5y1，相應(yīng)的面積分別為：1 583.86、1 146.03、768.30、621.85和480.97 mm2。結(jié)論125I粒子數(shù)量、活度相同時(shí)，不同的排列方式顯著影響周邊劑量及治療效果。相同等劑量曲線內(nèi)面積最大時(shí)的粒子排列方式劑量分布較均勻，靶區(qū)內(nèi)無(wú)劑量學(xué)冷點(diǎn)，可能會(huì)有較好療效。

125I；TPS；劑量分布；近距離放射治療

臨床上，放射性粒子源在腫瘤組織及其周?chē)＝M織中的劑量分布是決定治療效果的關(guān)鍵。早期粒子植入的數(shù)量及空間分布大多根據(jù)計(jì)算公式或列線圖（nomogram）確定，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算腫瘤周邊劑量，并發(fā)癥較多［1］。隨著治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）的發(fā)展與應(yīng)用，125I粒子組織間放療劑量計(jì)算更加準(zhǔn)確、并發(fā)癥少，臨床逐漸廣泛應(yīng)用［2-3］。在TPS中，不同的125I粒子排列方式其等劑量曲線分布不同，多種布源方式均能達(dá)到給定的腫瘤處方劑量。本研究應(yīng)用TPS優(yōu)化模擬粒子分布，使腫瘤靶區(qū)內(nèi)均勻接受有效的放射劑量，規(guī)避周?chē)匾鞴?，從而提高療效，減少并發(fā)癥，為臨床粒子植入提供劑量分布依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

放射性125I粒子及主要儀器有放射性125I粒子，6711-99型，粒子外殼用鈦合金密封，直徑0.8 mm，長(zhǎng)度4.5mm，γ射線能量27～35 keV，放射性活度2.59×107Bq（0.7 mCi），半衰期60.1 d，中國(guó)上海欣科醫(yī)藥公司生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)三維TPS Prowess 3D Version 3.02，美國(guó)SSGI公司。葉專業(yè)圖像分析軟件》（Image-Pro Plus）6.0，美國(guó)Media Cybernetics公司。1.2方法

1.2.1 創(chuàng)建平面插植模型并計(jì)算等劑量分布曲線利用平面模板和TPS創(chuàng)建平面插植模型，進(jìn)針?lè)较蚺c平面模板垂直，粒子根據(jù)不同的縱（Y）橫（X）間距排列為x0.5y0.5、x0.5y1、x0.5y1.5、x1y1、x1y1.5、x1.5y1.5、x0.5y0.5（2）1（第1、3列間距0.5 cm，第2列間距1 cm）、x1y1（2）0.5（第1、3列間距1 cm，第2列間距0.5 cm）、x1y1（2）1.5（第1、3列間距1 cm，第2列間距1.5 cm）9種模式，應(yīng)用TPS計(jì)算出60、80、130、145和200 Gy等劑量分布曲線（圖1）。

圖1 不同排列125I放射性粒子平面插植等劑量曲線分布

1.2.2 計(jì)算各等劑量曲線包含面積及長(zhǎng)、短徑應(yīng)用葉專業(yè)圖像分析軟件》計(jì)算出9種粒子排列方式各等劑量曲線包含面積及長(zhǎng)、短徑。

1.2.3 計(jì)算單位面積的醫(yī)療費(fèi)用根據(jù)公式：?jiǎn)挝幻娣e的醫(yī)療費(fèi)用（S）=（單顆粒子價(jià)格420元+單顆粒子手術(shù)費(fèi)150元）×粒子數(shù)÷等劑量曲線包含面積。

2 結(jié)果

2.1125I粒子不同排列平面插植各等劑量曲線包含面積，見(jiàn)表1。

2.2125I粒子不同排列平面插植各等劑量曲線圍成圖形的長(zhǎng)徑和短徑，見(jiàn)表2。

2.3125I粒子不同等劑量曲線內(nèi)單位面積的醫(yī)療費(fèi)用（S），見(jiàn)表3。

3 討論

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)三維TPS的出現(xiàn)，加之圖像傳輸、影像引導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步，使放射性粒子組織間近距離治療的操作更加便捷，劑量計(jì)算更加精確［4］。Raben等［5］報(bào)道用TPS及列線圖確定前列腺癌粒子植入的數(shù)量及空間分布，結(jié)果顯示根據(jù)TPS確定的粒子數(shù)目及總活度均小于列線圖，直腸和尿道的受照量前者也明顯減少。TPS的計(jì)算結(jié)果表明粒子的排列方式對(duì)劑量分布影響較大。王俊杰等［6］研究125I粒子平面永久插值布源劑量分布時(shí)得出當(dāng)中心點(diǎn)與粒子距離超過(guò)1 cm時(shí)，平面插植中心會(huì)出現(xiàn)低劑量區(qū)，需要填充粒子來(lái)避免劑量學(xué)冷點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)得出9顆2.59×107Bq粒子，不同排列方式其等劑量曲線包繞的面積大小不一，以145 Gy等劑量曲線面積差異最大，為233%，且劑量坦度不一（見(jiàn)圖1中藍(lán)色線條圍成區(qū)域）。實(shí)際的腫瘤治療中，如果粒子排列方式選擇不當(dāng)可能使腫瘤靶區(qū)內(nèi)出現(xiàn)低劑量區(qū)導(dǎo)致腫瘤的復(fù)發(fā)，或者周?chē)＝M織的受照劑量超過(guò)其最大耐受劑量引起嚴(yán)重并發(fā)癥。從治療效果和費(fèi)用角度出發(fā)，我們追求用盡可能少的放射源達(dá)到最佳的治療效果，因此適宜粒子排列方式的選擇成為臨床亟待解決的問(wèn)題。

表1 125I粒子不同排列平面插植各等劑量曲線包含面積mm2

表2 各等劑量曲線圍成圖形的長(zhǎng)徑和短徑max/m in，mm

表3 125I粒子不同等劑量曲線內(nèi)單位面積的醫(yī)療費(fèi)用元/mm2

應(yīng)用放射性粒子源治療腫瘤時(shí)，首先要考慮的是放射源劑量分布是否包被了靶區(qū)，靶區(qū)內(nèi)劑量是否均勻，從而達(dá)到放射治療的最佳效果，同時(shí)使周?chē)＝M織的損傷達(dá)到最小。孫文釗［7］模擬各種前列腺癌粒子植入的布源方式研究劑量分布特征，得出粒子均勻分布時(shí)，間距0.7 cm時(shí)其劑量適形指數(shù)（靶區(qū)內(nèi)100%處方劑量所包被的區(qū)域與靶區(qū)的體積之比）、均勻指數(shù)（靶區(qū)內(nèi)劑量高于200%處方劑量的區(qū)域與靶區(qū)內(nèi)100%處方劑量所包被的區(qū)域體積的比值）、冷點(diǎn)率（靶區(qū)內(nèi)劑量低于處方劑量的區(qū)域體積與靶區(qū)體積的比值）較其他幾種粒子間距（0.5、0.6、0.8和0.9 cm）更符合臨床上組織間粒子植入治療腫瘤的劑量分布要求。王娟等［8］研究125I粒子不同分布組織間植入對(duì)荷人胃癌裸鼠移植瘤療效的影響，發(fā)現(xiàn)粒子的分布方式可直接影響療效和放射性損傷程度。由此可見(jiàn)，粒子排列不同劑量學(xué)效應(yīng)不同。本研究結(jié)果顯示同是9顆2.59×107Bq125I粒子不同排列方式其各等劑量曲線下面積不同，且劑量坦度高度不一。表1、3示周邊劑量200、145、130、80和60 Gy時(shí)等劑量曲線下面積最大、單位面積醫(yī)療費(fèi)用最低的分別為x0.5y1、x1y1、x1y1、x1y1.5、x1.5y1.5組。在腫瘤治療中，為保證療效首先要保證有效的放療劑量在靶區(qū)內(nèi)均勻分布，由圖1可知200、145、130和80 Gy等劑量曲線下面積最大的排列方式粒子范圍內(nèi)存在劑量學(xué)冷點(diǎn)，如果臨床上按此排列方式植入粒子可能會(huì)導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)。因此結(jié)合圖1及表1不難得出周邊劑量為200、145、130、80和60 Gy時(shí)，最佳的粒子排列方式分別為x0.5y0.5（2）1、x0.5y1、x0.5y1、x1y1（2）1.5、x1.5y1.5組。上述不同等劑量曲線的最佳排列方式靶區(qū)內(nèi)劑量分布相對(duì)均勻，無(wú)劑量學(xué)冷點(diǎn)，理論上臨床療效較好，醫(yī)療花費(fèi)較少，適合對(duì)放射敏感度不同的腫瘤組織。腫瘤靶區(qū)內(nèi)劑量過(guò)高可迅速殺死腫瘤細(xì)胞，腫瘤壞死液化，導(dǎo)致粒子聚集，局部出現(xiàn)超高劑量區(qū)，如果臨近重要組織或器官，可能引起嚴(yán)重并發(fā)癥。因此，x0.5y0.5（2）1、x0.5y1組排列可能適用于分化程度高、質(zhì)地堅(jiān)硬、不易壞死液化等對(duì)放療不敏感且腫瘤體積較小、單純粒子植入治療的實(shí)體腫瘤；x1y1（2）1.5組可能適合治療對(duì)放療敏感的實(shí)體腫瘤如鱗癌、乳腺癌等。對(duì)放射高度敏感的腫瘤致死劑量為20～40 Gy，x1.5y1.5組可能適合對(duì)放射高度敏感的腫瘤或短期內(nèi)已行外放療的補(bǔ)充組織內(nèi)放療或單純姑息近距離放療。

即使選擇相同的粒子排列方式，實(shí)際植入時(shí)的操作誤差及植入后粒子的遷移與移位等原因使術(shù)中及術(shù)后的粒子分布與術(shù)前不同，粒子植入后劑量分布較術(shù)前會(huì)有很大變化，療效與并發(fā)癥都與之有密切關(guān)系，如果粒子分布不合理致過(guò)多劑量的射線為周?chē)＝M織所吸收，則會(huì)引起嚴(yán)重并發(fā)癥。本實(shí)驗(yàn)得出周邊劑量200、145、130、80和60 Gy時(shí)等劑量曲線邊緣到中心的長(zhǎng)徑分別為12.0、17.3、17.4、21.9和27.5mm，粒子植入時(shí)應(yīng)規(guī)避周?chē)匾鞴?，保證其在此范圍之外，以減少甚至避免并發(fā)癥發(fā)生。除此之外，粒子的遷移與位移是影響術(shù)后劑量分布的重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌粒子植入術(shù)后粒子的遷移率為0.65%，粒子丟失1、2、3顆，D90分別減少2%、5%、和7%［9-10］；Su等［11］研究得出粒子的位置偏差為2mm，D90的變化小于5%；偏差為5mm，V100平均減少量為10%；粒子的位置偏差達(dá)10mm，D90的變化平均為33Gy?？梢?jiàn)粒子的遷移及位置誤差能導(dǎo)致D90的下降，從而影響療效，使腫瘤局部控制率下降，腫瘤復(fù)發(fā)。隨著粒子植入技術(shù)的提高，粒子植入日趨精確，Lin等［12］研究粒子鏈植入治療前列腺癌，術(shù)后V100從88%增加到92%，D90從143 Gy增加到155 Gy。其他部位的腫瘤由于局部解剖結(jié)構(gòu)的限制，亦缺乏固定的模板，粒子植入的位置更加不易控制，術(shù)后驗(yàn)證與術(shù)前計(jì)劃劑量差異較前列腺癌更甚，術(shù)中合適的圖像引導(dǎo)及適宜的定位手段可大大提高粒子植入的準(zhǔn)確度。

本實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)僅基于TPS軟件的劑量模擬，未考慮介質(zhì)對(duì)劑量分布的影響，而125I粒子源在不同介質(zhì)中劑量分布存在差異。湯曉斌等［13］研究不同人體組織中192Ir、125I粒子源的劑量分布得出在肺組織等效體模中，徑向劑量函數(shù)隨距離的變化幅度最小，曲線基本平坦；而在骨組織等效體模中，徑向劑量函數(shù)隨距離的增大下降明顯；在水組織等效體模中，徑向劑量函數(shù)隨距離的變化幅度介于骨、肺組織等效體模兩者之間。

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A dosimetric research on rad ioactive125I seed p lane im p lantation

TANG Fu-long，REN Ju-na，WU Juan，ZHANG Hong-tao，GAO Zhen，YU Hui-m in，WANG Juan.Department of Internal Medicine，County Hospital of Zhuolu，Zhangjiakou，Hebei Province 075600，China

WANG Juan，E-mail：lizizhiru@163.com

ObjectiveTo explore the dosimetric effects of the same number and activity of radioactive125I seeds in different plane arrangements.MethodsSimulated 9 distribution modes using 9125I seedswere designed by three-dimensional treatment planning system（3D-TPS），and the isodose curves of 60 Gy，80Gy，130 Gy，145 Gy and 200 Gy were obtained.The areas enclosed by the isodose curves，the longer and shorter radius of these isodose curves and themedical cost per unit area were calculated with the professional image analysis software.ResultsObvious differences in areas enclosed by the isodose curves，the longer and shorter radius of these isodose curves and themedical cost per unit area existed between each other among the nine different distributionmodes of 9125Iseeds.The distributionmodes thathad themaximum areas enclosed by 60 Gy，80 Gy，130 Gy，145 Gy and 200 Gy isodose curveswere x1.5y1.5，x1y1.5，x1y1，x1y1 and x0.5y1，respectively，with the corresponding areas of 1 583.86mm2，1 146.03mm2，768.30mm2，621.85 mm2and 480.97 mm2，respectively.ConclusionThe peripheral dose and the therapeutic efficacy are significantly influenced by the arrangement of125Iseeds when the same number and activity of the seeds are used.The dose distributions are more homogeneous when the maximum areas enclosed by the isodose curves are obtained.（JIntervent Radiol，2014，23：619-622）

125Iseed；treatment p lanning system；dose distribution；brachytherapy

R817.8

B

1008-794X（2014）-07-0619-04

2013-11-06）

（本文編輯：俞瑞綱）

10.3969/j.issn.1008-794X.2014.07.016

075600河北張家口涿鹿縣醫(yī)院內(nèi)科（唐富龍）；河北省人民醫(yī)院腫瘤一科（任菊娜、吳娟、張宏濤、高貞、于慧敏、王娟）；河北醫(yī)科大學(xué)研究生院（吳娟）

王娟E-mail：lizizhirn@163.com