相鄰層粒子不同排布方式125I粒子放射性食管支架劑量學比較

趙志遠，李培永，張曉福，王寶山，郝國君，申東峰（通信作者*）

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

0 引言

食管癌是是我國最常見的惡性腫瘤之一，以進行性吞咽困難為主要臨床特征，大多數患者均失去手術機會[1-2]。125I放射性粒子食道支架可通過抑制腫瘤生長降低支架再狹窄發生率，同時有效提高患者生存質量減少并發癥的出現，延長生存期[3]。目前國內外雖不乏有學者對食道粒子支架展開研究，但關于125I粒子數量、排布方式的劑量學研究文獻依舊較少。食道粒子支架劑量學分布特點不但能為臨床治療過程中粒子支架的應用提供規范，還可對其他空腔臟器惡性腫瘤的粒子支架應用提供一定理論依據。本文擬通過計算機治療計劃系統（TPS）對相鄰層粒子錯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劑量學分布特征進行分析對比，并進一步為臨床應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依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與設備

放射性粒子組織植入計算機治療計劃系統（TPS）（北京天航科霖科技發展有限公司）；125I放射性粒子（寧波君安藥業有限公司）：外包殼材料鈦管外徑0.8mm，長度4.5mm，壁厚0.05mm，內核材料銀絲尺寸0.5mm×3mm，銀絲表層鍍I-125同位素，粒子半衰期59.6d，γ射線能量35.5Kev，X射線能量27.4-31.4Kev，組織半價層為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，按照同層粒子數目3、4、5個將支架分為A、B、C三組，每組再按照相鄰層順位排布和錯位排布分為1、2兩組，共A1、A2、B1、B2、C1、C2六組。所有支架均以中心為原點。A組支架每層布源3顆粒子，A1組所有層面均在0°、120°和240°三個角度布源；A2組奇數層在0°、120°、240°布源，偶數層在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°四個角度布源；B2組在奇數層在0°、90°、180°、270°布源，偶數層在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組奇數層在0°、72°、144°、216°、288°布源、偶數層在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）有規則纏繞并固定125I粒子。

1.3 實驗模擬

利用計算機治療計劃系統（TPS）創建17層圖像，層距5mm，在TPS系統中模擬直徑20mm、長度8cm的粒子支架。定義模擬支架邊界為腫瘤靶區（GTV）內界，外擴5mm為靶區外界，利用TPS進行勾畫，靶區呈圓環型長度為6cm，設定處方劑量為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TPS系統驗證6組支架不同粒子活度下劑量分布。導出DVH圖并記錄六組支架在不同粒子活度下D90、V90數值，分別測量6次以保障實驗結果準確性（以±s表示）。

1.4 統計學方法

采用SPSS 22.0軟件進行統計學分類和處理，采用單因素方差ANOVA分析，若組間方差不齊則采用非參數檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

A1、A2、B1、B2、C1、C2等6組粒子支架在不同粒子活度下D90、V90值見表1、表2。 6組支架不同粒子活度下D90劑量差異均有統計學意義（P＜0.05），6組支架不同粒子活度下V90差異均有統計學意義（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合產生的125I粒子放射性食管支架，使腔內近距離放療（ILBT）可同時兼顧重建食道通暢以及對局部腫瘤進行內照射治療[4]。125I粒子不但能滿足靶區腫瘤細胞及組織的根治劑量，并且其對周圍正常組織損傷小。基于上述原理，粒子支架可同時達到降低支架再狹窄發生率，提高患者生存質量并延長患者生存期等目的。目前在食道惡性腫瘤治療過程中已得到推廣。盡管近年來有已諸多文獻對放射性食管支架的臨床療效展開研究，但所采用的支架規格、粒子的排布方式及數量皆不相同，關于放射性食管支架的劑量學分布相關研究依然較少，劑量學模型仍未明確[5]。

劑量分布作為影響腫瘤局部控制率的關鍵因素，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。目前臨床關于食道粒子支架的粒子活度、間距、排列方式等標準尚未統一。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]。對于粒子支架而言，針對其不同因素分別探討其對劑量分布的影響至關重要。本研究將處方劑量設定為80Gy，經TPS模擬六組支架在靶區的劑量分布情況。D90劑量學參數與125I粒子植入的質量直接相關，是影響腫瘤局部控制率的關鍵因素。

①當每層粒子數量為3顆，即使A1組粒子活度達到0.9mci，D90劑量最接近處方劑量也僅為76.70Gy，不能滿足處方劑量要求。既往研究表明，D90劑量學參數與125I粒子植入的質量直接相關，是影響腫瘤局部控制率的關鍵因素[7]。當粒子活度＜0.9mci則始終處于較低的劑量學參數水平，80Gy以下的劑量往往易導致腫瘤復發[8]；而A2組在粒子活度為0.8mci時，D90劑量達到80.3Gy接近處方劑量，V90為95.92%。對于每層3粒子的支架，不推薦順位排布方式，即使選擇錯位排布方式也應盡量選擇高活度粒子進行布源。

②當每層粒子數量為4顆，粒子活度為0.6mci時，兩組D90劑量最接近處方劑量分別為77.16Gy、81.94Gy，此時V90分別對應為92.44%、94.94%，均較為理想，可同時滿足照射靶區內無明顯低劑量區、高劑量區少等條件（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的劑量學分布特征，在支架直徑20mm時，推薦粒子間距為1cm，活度為0.6mci。當粒子活度＜0.6mci時，劑量學參數水平較低，D90所對應的處方劑量均小于80Gy。當粒子活度＞0.6mci時，雖然V90數值均在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時的200%處方劑量甚至達到50%以上，較高的處方劑量雖易導致腫瘤壞死，但同時極大增加了食管穿孔等并發癥出現的概率[10]。對于每層4粒子的支架，粒子活度0.6mci錯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在支架中段平面各等劑量分布曲線圖

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

④六組支架中相鄰層粒子錯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A2組，B1組與B2組、C1組與C2組同層粒子數目相同時不同粒子活度下V90值基本相同（表1、表2）。因此當支架直徑相同、同層粒子數量相同時，相鄰層粒子錯位排布所獲得的劑量更大，比順位排布更容易滿足處方劑量要求。這應與錯位排布結構在一定程度上填補順位排布結構所產生的“照射冷點”相關，對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°角相鄰層錯位排列的排布方式，使納入研究的患者達到了11.6個月的中位生存期，遠高于既往文獻所報道的時間。劉衛東等[13]鑒于125I粒子的有效作用半徑，同樣認為在確定適宜粒子活度后，為避免“照射冷點”的出現應保證粒子布源對稱均勻。

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用，明確治療靶區和外周正常組織的劑量分布特征，建立可準確測量劑量學分布的模型，使空腔臟器腫瘤的治療規范化仍是目前需要著力解決的問題。食管癌作為空腔臟器惡性腫瘤，處方劑量的常規選擇范圍多為60-80Gy，但125I粒子相較于外放療釋放射線的過程具有持續性等優點，因此可通過適度增加處方劑量以達到最佳治療效果。另外，本次研究結果基于TPS模擬所得，與真正植入患者體內時的實際情況應有所不同，因此也存在一定局限性與誤差，需要進行大量臨床試驗對其準確性進行證明。