125I粒子植入术后脊髓靶区勾画方法的研究

王静 张萍 张坤 王义涛 董俊峰 杨健

1沧州市人民医院精准放疗中心（河北沧州061000）；2黄骅市开发区博爱医院（河北沧州062600）

脊髓是放射治疗中重要的危及器官，是影响放射治疗剂量的关键［1-4］。在放射治疗过程中，准确勾画正常脊髓组织是评价放疗计划，评估脊髓受量，是预测放射性脊髓损伤的前提［5］。而制定正常脊髓组织靶区勾画的范围和评价放射性脊髓损伤的剂量、体积参数是放射治疗工作的重点。在外放射治疗中，美国肿瘤放射治疗协作组（radiation therapy oncology group，RTOG）推荐勾画全部正常脊髓组织为危及器官靶区，使用最大点剂量和平均剂量作为正常脊髓组织限量标准。放射性125I粒子是放射治疗的一种属于近距离放疗的范畴，但是关于放射性125I粒子植入术后脊髓靶区勾画的范围以及评价放射性脊髓损伤的剂量学参数尚无统一的标准，近年来国内外专家制定的放射性125I粒子植入的共识也均未描述放射性125I粒子植入术后脊髓靶区勾画的方法、范围［6-9］。为此本实验采用近距离治疗常用的剂量学参数最大点剂量、平均剂量、D2cc分析放射性125I粒子植入术后不同正常脊髓组织靶区勾画的方法，观察其剂量学参数的变化情况，研究放射性125I粒子植入术后正常脊髓组织靶区勾画的方法，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 仪器设备及放射性粒子计算机三维治疗计划系统（TPS），北京天航科霖发展有限公司。放射性125I粒子（6711-99型）直径为0.8 mm，长度4.5 mm，内有3.0 mm × 0.5 mm的银柱吸附125I，其外是壁厚0.05 mm的钛壳。射线能量27 ～35 keY，组织半价层是2 cm，半衰期为59.4 d，放射性活度为2.96 ×107 Bq，由原子高科股份有限公司生产。

1.2 实验设计选取5名健康体检者胸及腹部CT图像，层厚0.5 cm。假设在第12胸椎处存在一个直径为4 cm、高3 cm距离脊髓1.0 cm，且高与脊髓平行的圆柱形肿瘤（A组，图1）。将CT图像载人计算机三维治疗计划系统（The 3D treatment planning system，TPS），在第12胸椎处逐层勾画模拟肿瘤靶区（GTV），植入粒子活度为2.96 × 107 Bq（0.8 mCi），植入针距为1 cm，粒子距离肿瘤边缘0.5 cm，按照中间稀疏、周边密集的布源方式载人粒子，按照处方剂量为135 Gy，行术前计划。然后分别勾画GTV上下-1.0、-0.5、0.0、0.5、1.0、1.5、2、2.5、3.0 cm为正常脊髓组织靶区，然后计算正常脊髓组织所受到的平均剂量（Mean）、最大点剂量（Max）及D2cc（2 cm3脊髓组织所接受的剂量）；另外使用同样的方法再分别模拟直径为5 cm、高4 cm（B组）和直径为6 cm、高5 cm（C组）距离脊髓1.0 cm，且高与脊髓平行的圆柱形肿瘤，行使术前计划。另选取5名健康体检者胸及腹部CT图像，层厚0.5 cm。假设在第12胸椎处分别存在长4 cm、宽4 cm、高4 cm（D组，图2）和长5 cm、宽5 cm、高5 cm（E组），以及长6 cm、宽6 cm、高6 cm（F组）距离脊髓1.0 cm，且高于脊髓平行的三棱锥形肿瘤，按照步骤1中的方法，行使术前计划，然后计算正常脊髓组织所受到的平均剂量（Mean）、最大点剂量（Max）及D2cc（2 cm3脊髓组织所接受的剂量）。

1.3 统计学方法采用SPSS 20.0进行统计学分析，计量资料以均数±标准差表示，采用单因素方差分析和独立样本t检验。以P ＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同分组术后的验证剂量A、B、C三组术后验证剂量（90%的靶体积所接受的剂量D90）分别为（135.25±0.38）、（135.25±0.53）、（135.32±0.46）Gy，使用125I粒子数目分别为32、57、80颗，D、E、F三组术后验证剂量（90%的靶体积所接受的剂量D90）分别为（135.33 ± 0.52）、（135.44 ± 0.35）、（135.48 ±0.26）Gy，使用125I粒子数目分别为18、27、38颗，肿瘤越大，使用粒子数目越多脊髓受量D2cc、最大点剂量、平均剂量越高（表1、2）。

2.2 脊髓收到的平均剂量和D2cc的变化A、B、C、D、E、F组正常脊髓组织靶区勾画长度与其受到的最大点剂量无关，随着正常脊髓组织靶区勾画长度的增加脊髓受到的平均剂量逐渐减少，A、B、C、D、E、F组均在正常脊髓组织靶区勾画长度与肿瘤靶区（GTV）同一层面时，D2cc达到最大值，小于GTV同一层面时，D2cc随着正常脊髓组织靶区勾画长度缩短而减小，大于等于GTV同一层面时，D2cc不再随正常脊髓组织靶区勾画长度的增加而变化，且与肿瘤形状、肿瘤大小不相关，且脊髓勾画长度小于肿瘤靶区层面1.0 cm于其勾画长度大于等于肿瘤靶区层面相比差异有统计学意义（P ＜0.05，图3）。

图1 肿瘤为直径4 cm、高3 cm 圆柱形时（A 组），不同脊髓靶区勾画方法示例Fig.1 Examples of different spinal target delineation methods when the tumor is 4 cm in diameter and 3 cm in height（group A）

图2 肿瘤长4 cm、宽4 cm、高4 cm圆柱形三棱锥时（D组），不同脊髓靶区勾画方法示例Fig.2 Examples of different spinal cord target delineation methods when the tumor is 4 cm long，4 cm wide and 4 cm high（Group D）

表1 肿瘤为圆柱形时，放射性125I 粒子植入术后不同脊髓靶区勾画方法时所受照射剂量Tab.1 When the tumor is cylindrical，the irradiation dose of radioactive125I seeds was determined by the different methods of bonemarrow target delineation after implantation ±s

表1 肿瘤为圆柱形时，放射性125I 粒子植入术后不同脊髓靶区勾画方法时所受照射剂量Tab.1 When the tumor is cylindrical，the irradiation dose of radioactive125I seeds was determined by the different methods of bonemarrow target delineation after implantation ±s

注：“ ”表示脊髓靶区勾画长度小肿瘤靶区1.0 cm 时，D2cc与脊髓勾画长度其他组相比差异有统计学意义，P ＜0.05

-1 cm-0.5 cm 0 cm 0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm 2.5 cm 3 cm A 组（Gy）Max 41.18±0.93 41.18±0.93 41.18±0.93 41.18±0.93 41.18±0.93 41.18±0.93 41.18±0.93 41.18±0.93 41.18±0.93 Mean 17.07±0.67 16.51±0.65 15.82±0.70 14.93±0.70 13.99±0.61 12.99±0.62 12.07±0.53 11.21±0.46 10.45±0.34 D2cc 19.35±0.79 23.60±0.78 25.86±0.58 25.89±0.63 25.91±0.63 25.88±0.62 25.91±0.63 25.91±0.62 25.90±0.62 B 组（Gy）Max 45.62±1.14 45.62±1.14 45.62±1.14 45.62±1.14 45.62±1.14 45.62±1.14 45.62±1.14 45.62±1.14 45.62±1.14 Mean 20.46±1.38 19.60±1.26 18.52±1.08 17.59±1.02 16.53±1.01 15.52±1.06 14.64±1.00 13.60±0.94 12.45±0.96 D2cc 26.50±1.00 28.52±0.64 29.85±1.09 30.06±1.05 30.07±1.05 30.05±1.05 30.07±1.05 30.06±1.06 30.06±1.05 C 组（Gy）Max 49.15±1.00 49.15±1.00 49.15±1.00 49.15±1.00 49.15±1.00 49.15±1.00 49.15±1.00 49.15±1.00 49.15±1.00 Mean 22.11±0.78 20.41±0.44 19.26±1.00 18.21±0.16 17.18±0.27 16.26±0.43 15.28±0.46 14.20±0.52 13.06±0.72 D2cc 32.31±0.53 34.02±0.69 35.03±1.18 35.05±1.18 35.03±1.18 35.01±1.15 35.02±1.17 35.03±1.18 35.03±1.18

3 讨论

放射性脊髓损伤具有剂量依赖性［10-11］，在二维放射治疗时代，通常使用勾画脊髓的长度及受照射剂量来评价放射性脊髓损伤：10 cm长的正常脊髓组织接受45 Gy的照射剂量，5年发生放射性脊髓损伤的概率为5%（TD5/5），接受55 Gy的照射剂量，5年发生放射性脊髓损伤的概率为50%（TD50/5）［12］。随着放射治疗技术的进步三维立体放疗的出现，剂量体积成为了放射治疗剂量评价的标准，RTOG推荐勾画全部正常脊髓组织为危及器官靶区，使用最大点剂量和平均剂量作为正常脊髓组织限量标准，即脊髓最大点剂量小于50 Gy，平均剂量小于45 Gy，而不同的放射治疗技术，其脊髓耐受剂量又不尽相同［5-6］，形成了各自单独的评价标准，如立体定向放射治疗，在2017年英国放射治疗肿瘤专家共识，推荐单次大剂量照射时，D0.1cc应该小于14 Gy，分3次照射时D0.1cc ＜21.9 Gy，而分5次照射时应D0.1cc ＜30 Gy［13］。但是以上均为外照射治疗技术，其正常脊髓组织靶区勾画的方法是已基本形成了统一的标准（RTOG），而放射性125I粒子植入治疗属于近距离放疗的范畴，与外照射有着很大的差异。关于放射性125I粒子植入术后正常脊髓组织靶区勾画的方法尚无统一的标准。查阅CNKI、万方医学、百度学术、谷歌学术、pubmed仅有1篇关于描述了放射性125I粒子植入术后正常脊髓靶区勾画的方法（串行器官应画全，或保持统一标准，如颈部脊髓勾画到Tl）［14］，其余文献未见正常脊髓靶区勾画方法的报道［15-17］。

表2 肿瘤为三棱锥形时，放射性125I 粒子植入术后不同脊髓靶区勾画方法时所受照射剂量Tab.2 When the tumor is triangular，the irradiation dose of radioactive125I seeds was determined by the different methods of bone marrow target delineation after implantation ±s

表2 肿瘤为三棱锥形时，放射性125I 粒子植入术后不同脊髓靶区勾画方法时所受照射剂量Tab.2 When the tumor is triangular，the irradiation dose of radioactive125I seeds was determined by the different methods of bone marrow target delineation after implantation ±s

注：“ ”表示表示脊髓靶区勾画长度小肿瘤靶区1.0 cm 时，D2cc与脊髓勾画长度其他组相比差异有统计学意义，P ＜0.05

-1 cm-0.5 cm 0 cm 0.5 cm 1 cm 1.5 cm 2 cm 2.5 cm 3 cm D 组（Gy）Max 41.94±0.56 41.94±0.56 41.94±0.56 41.94±0.56 41.94±0.56 41.94±0.56 41.94±0.56 41.94±0.56 41.94±0.56 Mean 15.27±0.51 13.94±0.68 12.27±0.87 10.23±0.64 9.28±0.68 8.50±0.50 7.28±0.42 6.04±0.67 4.58±0.80 D2cc 16.99±0.76 21.42±0.97 22.96±0.76 22.99±0.50 23.20±0.68 23.21±0.36 23.20±0.69 23.20±0.42 22.92±0.31 E 组（Gy）Max 42.89±42.89 42.89±42.89 42.89±42.89 42.89±42.89 42.89±42.89 42.89±42.89 42.89±42.89 42.89±42.89 42.89±42.89 Mean 17.75±0.61 15.19±0.51 14.08±0.26 12.85±0.35 11.37±1.00 10.08±0.28 9.53±0.56 8.73±0.42 6.87±0.35 D2cc 21.92±0.23 23.59±0.39 24.2±0.27 24.2±0.27 24.19±0.29 24.21±0.28 24.18±0.30 24.20±0.29 24.20±0.27 F 组（Gy）Max 44.43±0.50 44.43±0.50 44.43±0.50 44.43±0.50 44.43±0.50 44.43±0.50 44.43±0.50 44.43±0.50 44.43±0.50 Mean 20.17±0.22 18.87±0.67 17.68±0.29 16.99±0.39 15.76±0.38 14.66±0.50 12.90±0.20 10.74±0.34 9.82±0.27 D2cc 27.00±0.51 28.38±0.49 29.08±1.19 29.07±1.16 29.05±1.17 29.08±1.18 29.08±1.18 29.08±1.19 29.08±1.19

图3 脊髓受量Mean、D2cc 的变化Fig.3 The changes of mean and D2cc in spinal cord

本实验使用最大点剂量、平均剂量、D2cc等近距离放疗常用剂量学参数，评价放射性125I粒子植入术后正常脊髓靶区勾画的方法，结果显示：肿瘤越大，使用粒子数目越多脊髓受量D2cc、最大点剂量、平均剂量越高。正常脊髓组织靶区勾画长度与其受到的最大点剂量无关，随着正常脊髓组织靶区勾画长度的增加脊髓受到的平均剂量逐渐减少，脊髓组织靶区勾画小于GTV层面时，D2cc随着脊髓组织靶区勾画长度缩短而减小，大于等于GTV层面时，D2cc不再随正常脊髓组织靶区勾画长度的增加而变化，且与肿瘤形状、肿瘤大小不相关，脊髓勾画长度小于肿瘤靶区层面1.0 cm于其勾画长度大于等于肿瘤靶区层面相比差异有统计学意义（P ＜0.05）。考虑这主要与放射性125I粒子周围剂量与距离成平方反比的特性相关，放射性125I粒子植入术后距离肿瘤近的精髓组织接受了更高的剂量照射，而超过肿瘤靶区层面后的脊髓组织受照射剂量迅速跌落，所脊髓D2cc剂量不再变化，而平均剂量由于勾画的脊髓靶区增加而减少，同时最大点剂量处于圆柱形肿瘤靶区中点，三棱锥形肿瘤靶区中点略偏底部所对应的位置，本实验勾画的脊髓最小长度均包含了该点，因此脊髓最大剂量不再随脊髓靶区勾画长度的变化而变化。

综上所述，正常组织靶区勾画是放射治疗的重要组成部分，不同放射治疗技术有正常组织靶区勾画有其固有的特点，而目前放射性125I粒子植入术后正常组织靶区勾画，国外学者建议前列腺癌放射性125I粒子植入术后直肠的靶区范围为前列腺上下0 ～1 cm［18-21］，结合本实验研究结果，为了统一正常脊髓组织靶区勾画的长度，形成统一的剂量学评价标准，参考前列腺癌放射性125I粒子植入术后直肠靶区勾画的方法，笔者建议放射性125I粒子植入术后正常脊髓组织靶区勾画长度为肿瘤靶区上下1.0 cm。