賈鵬飛,趙 輝
惡性梗阻性黃疸(malignant obstructive jaundice,MOJ)是膽管、膽囊、胰腺及壺腹部晚期惡性腫瘤的常見并發(fā)癥,盡管手術(shù)切除是MOJ的主要治療方法,但大多數(shù)患者在診斷時(shí)已失去了手術(shù)的機(jī)會(huì)[1]。因此膽道支架是目前被廣泛認(rèn)可和接受的治療方法,但腫瘤生長(zhǎng)或膽管內(nèi)皮細(xì)胞增生會(huì)導(dǎo)致支架閉塞或狹窄,支架通暢時(shí)間相對(duì)較短是該方法的主要問(wèn)題[2-4]。125I粒子條可持續(xù)殺滅腫瘤組織并抑制膽管內(nèi)皮細(xì)胞的增生,因此膽道支架聯(lián)合125I粒子條技術(shù)不僅可以解除膽道梗阻,還可以延長(zhǎng)支架的通暢時(shí)間[5-6]。目前大部分關(guān)于粒子條劑量學(xué)的研究均將粒子條定義為直線排列,尚無(wú)關(guān)于真實(shí)膽道弧度對(duì)膽道支架聯(lián)合粒子條劑量學(xué)影響的報(bào)道,本研究通過(guò)評(píng)估真實(shí)膽管弧度下粒子條與直線排列粒子條的劑量學(xué)差異,為膽道支架聯(lián)合粒子條治療MOJ的有效性及安全性提供參考。
本研究回顧性分析南通大學(xué)附屬醫(yī)院臨床診斷為MOJ且行膽道支架聯(lián)合125I粒子條置入術(shù)的患者18例。收集的一般資料主要包括性別、年齡、原發(fā)病、植入粒子數(shù)、支架長(zhǎng)度、粒子條推算弧度及靶區(qū)體積。
放射性粒子源植入治療計(jì)劃系統(tǒng)KL-SIRPS-3D V6.0(北京天航科霖科技發(fā)展有限公司);三維治療計(jì)劃系統(tǒng)Eclipse10.0.42(美國(guó)瓦里安公司);數(shù)字減影血管造影機(jī)Innova IGS540(美國(guó)通用電氣公司);16排螺旋CT Discovery CT590RT(美國(guó)通用電氣公司);放射性125I密閉籽源6711型(中國(guó)原子高科股份有限公司);自膨式鎳鈦記憶合金編制網(wǎng)狀膽道支架ZBS08060、ZBS08080[巴德醫(yī)療科技(上海)有限公司]。
1.3.1 真實(shí)膽管組 患者在術(shù)后1~4周行腹部CT掃描,并將CT圖像導(dǎo)入放射性粒子源植入TPS,利用TPS在CT圖像上勾畫出靶區(qū)一、靶區(qū)二、肝動(dòng)脈、肝門靜脈、下腔靜脈、主動(dòng)脈、右腎動(dòng)脈、右腎靜脈、左腎動(dòng)脈、左腎靜脈、肝、胃、十二指腸、胰腺、脊髓、右腎、左腎。靶區(qū)一的勾畫方法:以支架表面為外界,在CT圖像上逐層進(jìn)行勾畫,勾畫范圍為膽管梗阻段;靶區(qū)二的勾畫方法:以支架表面為內(nèi)界,外放5 mm為外界,在CT圖像上逐層勾畫,勾畫范圍也為膽管梗阻段。見圖1。
圖1 靶區(qū)及危及器官勾畫示意圖
1.3.2 直線模型組 利用三維治療計(jì)劃系統(tǒng)Eclipse制作30 cm×30 cm×30 cm的水模體,CT值定義為0 Hu。然后將水模體以DICOM格式導(dǎo)入至放射性粒子源植入TPS,利用該TPS制作出18個(gè)直線模型,每個(gè)模型均包含兩個(gè)靶區(qū),靶區(qū)一為直徑8 mm,長(zhǎng)度為對(duì)應(yīng)患者的膽管梗阻段長(zhǎng)度的圓柱體;靶區(qū)二為靶區(qū)一外放5 mm的空心圓柱體。且每個(gè)模型裝載的粒子數(shù)均為對(duì)應(yīng)患者的植入粒子數(shù)。見圖2。
圖2 直線模型示意圖
參考外放療劑量及放射性粒子植入劑量轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)公式[7-8],均將處方劑量定義為72 Gy。將真實(shí)膽管組的18例患者及直線模型組的18個(gè)模型的粒子活度分別設(shè)置為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mCi,計(jì)算生成劑量體積直方圖(dose volume histograms,DVH)。
1.5.1 推算弧度:
先將患者的術(shù)后CT圖像進(jìn)行三維重建,后根據(jù)解超越方程求得推算弧度α,式中L為粒子條長(zhǎng)度,S為粒子條兩端粒子的直線距離。
1.5.2 靶區(qū) 劑量體積參數(shù):D80%、D90%、D100%、V80%、V90%、V100%、V200%;其中,DX%是指X%靶區(qū)體積接受的劑量;VΧ%是指靶區(qū)接受X%處方劑量的體積百分比。
適形指數(shù)(conformity index,CI)[9]評(píng)價(jià)劑量分布的適形度:CI=(VT,ref/VT)×(VT,ref/Vref),式中VT、VT,ref和Vref分別為靶區(qū)體積、靶區(qū)接受處方劑量的體積和處方劑量包含的總體積,最理想的CI是1,適形指數(shù)為1時(shí),說(shuō)明處方劑量正好覆蓋靶區(qū),而靶區(qū)外體積接受的劑量均低于處方劑量,CI越大說(shuō)明靶區(qū)內(nèi)接受處方劑量體積越大而靶區(qū)外接受處方劑量的體積越小。
靶區(qū)外體積指數(shù)(external index,EI)[10]描述靶區(qū)外接受超過(guò)處方劑量體積占靶區(qū)體積的百分比,最理想的EI是0,EI為0時(shí),說(shuō)明靶區(qū)外組織接受劑量均小于處方劑量;EI越大,說(shuō)明靶區(qū)外接受處方劑量體積越大。
均勻指數(shù)(homogeneity index,HI)[10]描述劑量分布 均 勻 性,HI(VT,ref-VT,1.5ref)/VT,ref×100%,式 中VT,1.5ref為靶區(qū)接受150%處方劑量的體積,最理想的HI為100%,HI越大說(shuō)明靶區(qū)劑量分布越均勻。
1.5.3 危及器官 危及器官一般被分為串行和并行器官,本研究中所涉及的串行器官為各類血管和脊髓;并行器官包括肝、胃、十二指腸、胰腺、右腎、左腎。采用最大劑量(maximum dose,Dmax)評(píng)價(jià)串行器官。肝、左腎和右腎采用平均劑量(mean dose,Dmean)進(jìn)行評(píng)估。胃和胰腺的評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為Dmax和D33%。十二指腸的評(píng)價(jià)指標(biāo)為V30Gy及V50Gy。其中,DX%是指危及器官體積接受的劑量,VΧGy是指危及器官接受超過(guò)ΧGy照射劑量的體積。
統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS22.0軟件。正態(tài)性分布的計(jì)量資料以(±s)表示,組間比較使用配對(duì)t檢驗(yàn)。若不滿足正態(tài)性,組間樣本比較使用非參數(shù)Nemenyi檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
18例患者中,女10例,男8例,平均年齡為68.6歲。平均植入粒子數(shù)為14顆;11例患者采用8 mm×60 mm膽道支架,7例患者采用8 mm×80 mm膽道支架;平均推算弧度為115.60°;靶區(qū)一、靶區(qū)二的體積分別為(7.56±1.31)cm3、(11.71±2.19)cm3。患者的一般資料見表1。
表1 18例患者的一般資料
見表2至表7。
表2 靶區(qū)劑量參數(shù)比較(粒子活度1.0 mCi)
表7 靶區(qū)劑量參數(shù)比較(粒子活度0.5 mCi)
2.2.1 劑量體積參數(shù) 真膽管弧度對(duì)膽道支架聯(lián)合125I粒子條的劑量差異統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明靶區(qū)的D80%、D90%、D100%、V80%、V90%、V100%、V200%差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),膽管弧度會(huì)導(dǎo)致靶區(qū)劑量指標(biāo)(D80%、D90%、D100%)及體積指標(biāo)(V80%、V90%、V100%、V200%)有一定程度的下降。
對(duì)于靶區(qū)一,膽管弧度會(huì)導(dǎo)致D80%、D90%、D100%分別下降6.72~13.43 Gy、6.71~13.4 Gy、9.33~18.67 Gy,且下降幅度隨粒子活度的增加而增大;V80%、V90%、V100%分別下降0.38%~9.03%、1.11%~8.87%、2.57%~8.89%,且下降幅度隨粒子活度的降低而增大;V200%下降6.48%~9.90%,粒子活度為0.8 mCi時(shí),V200%的下降幅度最大。
對(duì)于靶區(qū)二,膽管弧度會(huì)導(dǎo)致D80%、D90%、D100%分別下降6~12 Gy、5.74~11.48 Gy、7.21~14.4 Gy,且下降幅度隨粒子活度的增加而增大;V80%、V90%、V100%、V200%分別下降8.21%~12.95%、9.69%~13.04%、8.87%~12.97%、5.2%~8.87%,且下降幅度波動(dòng)較小,與粒子活度無(wú)明顯相關(guān)。
2.2.2 適形指數(shù)CI兩靶區(qū)的CI均較低。真實(shí)膽管組的靶區(qū)一CI為0.24~0.27,且粒子活度為0.5~0.8 mCi時(shí),兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);當(dāng)粒子活度為0.9 mCi或1.0 mCi時(shí),兩組雖有差異,但差異較小。真實(shí)膽管組的靶區(qū)二CI為0.11~0.23,且與直線模型組的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),真實(shí)膽管弧度會(huì)一定程度地降低靶區(qū)二的適形度。
2.2.3 靶區(qū)外體積指數(shù)EI兩靶區(qū)的EI均較差,真實(shí)膽管組的靶區(qū)一EI為84.92%~306.29%,EI隨粒子活度的增加而增加,且兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);膽管弧度會(huì)降低靶區(qū)外接受超過(guò)處方劑量體積,EI下降幅度為32.36%~101.73%,且下降幅度隨粒子活度的增加而增大。對(duì)于靶區(qū)二,真實(shí)膽管組的EI為60.37%~184.65%,EI隨粒子活度的增加而增加,且粒子活度在0.6~1.0 mCi時(shí),兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),EI下降范圍為12.42%~27.61%,下降幅度不大。
表3 靶區(qū)劑量參數(shù)比較(粒子活度0.9 mCi)
表4 靶區(qū)劑量參數(shù)比較(粒子活度0.8 mCi)
表5 靶區(qū)劑量參數(shù)比較(粒子活度0.7 mCi)
表6 靶區(qū)劑量參數(shù)比較(粒子活度0.6 mCi)
2.2.4 均勻指數(shù)HI兩靶區(qū)的HI均較差,真實(shí)膽管組的靶區(qū)一HI為20.66%~40.84%,HI隨粒子活度的增加而減小,且兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);真實(shí)膽管弧度能一定程度的提高靶區(qū)一的HI,升高幅度為3.99%~6.27%。對(duì)于靶區(qū)二,真實(shí)膽管組的HI為38.93%~45.08%,HI也隨粒子活度的增加而減??;當(dāng)粒子活度為0.5、0.6、0.9、1.0 mCi時(shí),兩組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),且升高幅度均在7%以下。
2.3.1 串行器官 肝動(dòng)脈及肝門靜脈的照射受量較 高,Dmax分 別 為105.28~210.56 Gy、257.53~515.05 Gy。當(dāng)粒子活度為0.8 mCi時(shí),有1例患者的肝動(dòng)脈Dmax為1 894.47 Gy,而V200Gy僅為0.1 cm3;有2例患者的肝門靜脈Dmax分別為1 952.48 Gy、1 832.74 Gy,而V200Gy分別為0.5 cm3、0.1 cm3。當(dāng)粒子活度為0.7 mCi時(shí),有1例患者的肝動(dòng)脈Dmax為1 657.66 Gy;有2例患者的肝門靜脈Dmax分別為1 708.42 Gy、1 603.65 Gy。下腔靜脈、主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈及腎靜脈的照射受量較低,均低于90 Gy。脊髓的照射受量更低,平均照射受量均低于1 Gy。
2.3.2 并行器官 胃的Dmax為80.25~160.50 Gy,且隨粒子活度的增大而增加;當(dāng)粒子活度為0.8 mCi時(shí),有2例患者的Dmax分別為1 850.79 Gy、194.64 Gy,而V74Gy分別為2.2 cm3、0.7 cm3;當(dāng)粒子活度為0.7 mCi時(shí),2例患者的Dmax分別為1 619.38 Gy、170.32 Gy,而V74Gy分別為1.8 cm3、0.5 cm3。十二指腸的V30Gy、V50Gy分別為5.29~13.81 cm3、2.11~7.09 cm3,其中當(dāng)粒子活度為0.7 mC和0.8 mCi時(shí),僅有1例患者的十二指腸V50Gy超過(guò)10 cm3。胰腺的D33%為9.00~17.99 Gy;當(dāng)粒子活度為0.7 mCi、0.8 mCi時(shí),D33%超過(guò)10 Gy的患者分別為7、8例,D33%超過(guò)40 Gy的患者均為1例。肝腎的照射受量較低,其中左腎受量幾乎為0 Gy。見表8、9。
表8 危及器官的劑量參數(shù)(一)
放置金屬支架可緩解MOJ,時(shí)因膽道梗阻引起的癥狀,但腫瘤生長(zhǎng)或膽管內(nèi)皮增生導(dǎo)致支架再狹窄。有專家認(rèn)為在對(duì)MOJ惡性梗阻性黃疸患者行PTCD后,在引流管內(nèi)置入銥-192粒子源行內(nèi)放療,有助于延長(zhǎng)膽道支架的通暢時(shí)間[11]。表明應(yīng)用膽道支架聯(lián)合125I粒子條、粒子支架技術(shù)及在粒子支架置入的基礎(chǔ)上聯(lián)合藥物灌注與光動(dòng)力治療也有一定的療效[12]。
當(dāng)患者出現(xiàn)MOJ時(shí),若不能行手術(shù)治療或?yàn)檗D(zhuǎn)移性膽管癌可行姑息性放療。其中原發(fā)病灶及淋巴引流區(qū)給予45.0~50.4 Gy,單次劑量為1.8~2.0 Gy,若患者一般狀況良好,耐受程度高,可將處方劑量增至60 Gy甚至更高,但治療中要考慮到正常組織的耐受量[7]。本研究將處方劑量定義為72 Gy,與專家共識(shí)中的處方量相同。單顆粒子的高劑量分布圖形似一顆蘋果[13],當(dāng)粒子條成直線排布時(shí),粒子與粒子之間只有較少的劑量重疊。在臨床上,由于膽管梗阻形態(tài)復(fù)雜或生理弧度的存在,導(dǎo)致植入后的粒子條存在一定的弧度,甚至存在多處彎曲的情況出現(xiàn),且這種彎曲程度無(wú)法預(yù)測(cè)。而當(dāng)粒子排布出現(xiàn)角度時(shí),必然會(huì)導(dǎo)致粒子間的劑量重疊,且重疊范圍的大小與角度相關(guān)。本研究通過(guò)術(shù)后CT圖像的三維重建,復(fù)現(xiàn)真實(shí)膽管弧度下粒子條的彎曲情況,且在劑量計(jì)算后與直線排布粒子條模型進(jìn)行劑量比較,從而評(píng)估真實(shí)膽管弧度對(duì)粒子條劑量學(xué)的影響。
表9 危及器官的劑量參數(shù)(二)
本研究沿支架表面進(jìn)行勾畫梗阻段膽管,并定義為靶區(qū)一,主要是為了評(píng)估在膽管壁無(wú)明顯增厚或明顯占位的情況下靶區(qū)的照射受量情況;后以支架表面為內(nèi)界,外放5 mm為外界,對(duì)膽管梗阻段進(jìn)行勾畫,并定義為靶區(qū)二,主要是為了評(píng)估在膽管壁有明顯增厚或占位的情況下靶區(qū)的照射受量情況,其中靶區(qū)二的外放邊界參考了膽管癌外放療臨床靶區(qū)勾畫方法及食道粒子支架靶區(qū)勾畫方法[14-16]。結(jié)果顯示,與直線模型組相比,膽管弧度會(huì)降低兩靶區(qū)的D80%、D90%、D100%,且下降幅度與粒子活度成正比,也會(huì)降低兩靶區(qū)的V80%、V90%、V100%、V200%。郝亮等[17]研究了模擬膽管內(nèi)不同弧度125I粒子鏈的劑量學(xué)分布情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)粒子條弧度改變對(duì)劑量分布的影響較大,與本研究結(jié)果類似。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用粒子活度為0.8 mCi的粒子條時(shí),真實(shí)膽管組靶區(qū)一的D90、V90分別為70.98 Gy、93.81%,能滿足美國(guó)近距離治療協(xié)會(huì)推薦的雙90%定律[18]。而即使使用活度最大(1.0 mCi)的粒子條,靶區(qū)二的照射受量也不能滿足最低標(biāo)準(zhǔn)。本研究還增加了對(duì)適形指數(shù)CI、靶區(qū)外體積指數(shù)EI、均勻指數(shù)HI的統(tǒng)計(jì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)膽管弧度雖然會(huì)降低靶區(qū)的適形度,但也能改善靶區(qū)的均勻度及靶區(qū)外的受照體積,出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于粒子條的彎曲使粒子與粒子的劑量有了更多的重疊。兩靶區(qū)的CI、EI、HI均較差,主要原因?yàn)榱W訔l位于支架壁的一側(cè),而非自梗阻段中央通過(guò),且粒子的照射范圍較為有限。
膽道支架聯(lián)合125I粒子條技術(shù)是一項(xiàng)較為安全的技術(shù)[19]。粒子條常位于膽道支架壁的一側(cè),從而導(dǎo)致粒子條同側(cè)的膽管壁累積劑量明顯高于對(duì)側(cè),但在本研究的隨訪過(guò)程中并未發(fā)生因過(guò)量照射而導(dǎo)致的膽道穿孔或瘺。王娟等[20]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了在放射損傷方面該技術(shù)是較為安全的,他們將不同劑量的125I粒子植入家兔膽總管鞘內(nèi),在處方劑量定為80、120、160 Gy時(shí),60 d內(nèi)家兔均未出現(xiàn)膽管穿孔、出血、膽漏,管腔無(wú)增厚、縮窄,周圍組織及臟器未見明顯的放射性損傷,僅有膽管黏膜上皮層不同程度的損傷。本研究還收集了各個(gè)粒子活度下危及器官的照射受量。所有劑量限值依據(jù)2010年美國(guó)醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)Task Group101報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)[21],并通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式EQD2≈D/2(晚反應(yīng)組織)[18]將報(bào)告中的劑量限值轉(zhuǎn)換成放射性粒子植入的劑量限值。結(jié)果顯示所有串行器官(肝動(dòng)脈、肝門靜脈、下腔靜脈、主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈、腎靜脈、脊髓)的Dmax平均值均未超過(guò)劑量限值(720 Gy)。其有1例患者肝動(dòng)脈、2例患者肝門靜脈的Dmax超過(guò)720 Gy,有發(fā)生血管瘤的風(fēng)險(xiǎn),但另一評(píng)價(jià)指標(biāo)V200Gy均低于10 cm3。本研究中肝血管出現(xiàn)最大劑量過(guò)高的主要原因是腫瘤已經(jīng)侵犯至肝左、右膽管,粒子條也置放入肝左、右膽管內(nèi),因此粒子條緊鄰肝血管,但在隨后的隨訪過(guò)程中,這些患者均未出現(xiàn)血管瘤的并發(fā)癥。并行器官中胃的Dmax為80.25~160.50 Gy,當(dāng)粒子活度為0.6 mCi及以上時(shí),胃的Dmax超過(guò)90 Gy,有發(fā)生胃潰瘍的風(fēng)險(xiǎn)。胃Dmax的平均值偏高的主要原因是有2例患者在行CT掃描前飲用了大量的清水,胃腔明顯擴(kuò)大,且粒子條位置較為靠上;但實(shí)際生活中患者胃腔不會(huì)一直保持?jǐn)U大狀態(tài),因此胃的實(shí)際Dmax會(huì)比統(tǒng)計(jì)結(jié)果低。并且這2例患者胃的高量受照體積較小,V74Gy均低于10 cm3。十二指腸V50Gy、V30Gy的平均值均未超過(guò)劑量限值,當(dāng)粒子活度為0.7 mCi時(shí),有1例患者的V50Gy超過(guò)10 cm3,但在之后的隨訪過(guò)程中也未出現(xiàn)十二指腸潰瘍或穿孔。胰腺的D33%為9.00~17.99 Gy,平均值均在劑量限值之內(nèi)(40 Gy),當(dāng)粒子活度為0.7和0.8 mCi時(shí),均有1例患者超過(guò)40 Gy,主要原因是該患者為胰腺癌術(shù)后,正常胰腺體積較小。粒子條對(duì)肝臟影響較小,肝臟照射劑量遠(yuǎn)低于劑量限值,且由于粒子條離腎臟較遠(yuǎn),腎臟照射受量較低。
本研究的不足之處是所應(yīng)用的膽道支架直徑均為8 mm,未能考慮到膽管支架直徑在其他尺寸時(shí),膽管弧度對(duì)劑量學(xué)的影響。由于樣本量較少,未能將真實(shí)膽管組按支架長(zhǎng)度、腫瘤的增生分型或膽管梗阻部位分亞組進(jìn)行研究分析,期望在未來(lái)的研究中擴(kuò)大樣本量,進(jìn)一步分析。由于技術(shù)和時(shí)間的問(wèn)題,直線模型組的模型均是按照植入支架的尺寸、粒子條的粒子數(shù)及梗阻段的長(zhǎng)度在TPS上進(jìn)行模擬,今后可利用真實(shí)的支架和粒子條制作出線狀支架,從而減少誤差的影響因素。粒子支架即在支架周圍裝載放射性125I粒子,不僅可以迅速、有效地緩解狹窄,還可以有效減小腫瘤體積,如:膽道粒子支架和食管粒子支架。目前食管粒子支架的劑量學(xué)研究較多,有研究者發(fā)現(xiàn)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[22]。期望將來(lái)會(huì)有更多關(guān)于膽道粒子支架的劑量學(xué)研究,闡明膽管弧度下膽道粒子支架的劑量學(xué)分布情況。
與直線模型相比,膽管弧度會(huì)降低腫瘤靶區(qū)的劑量體積參數(shù)及適形度,但能改善靶區(qū)的均勻度及靶區(qū)外的受照體積。對(duì)于膽管壁無(wú)明顯增厚的MOJ,植入粒子活度為0.8 mCi的粒子條,膽管EQD2可達(dá)到60 Gy。