相邻层粒子不同排布方式125I粒子放射性食管支架剂量学比较

赵志远，李培永，张晓福，王宝山，郝国君，申东峰（通信作者*）

（1.山西中医药大学研究生院，山西 太原030024; 2.山西省中医院介入血管科，山西 太原030012）

0 引言

食管癌是是我国最常见的恶性肿瘤之一，以进行性吞咽困难为主要临床特征，大多数患者均失去手术机会[1-2]。125I放射性粒子食道支架可通过抑制肿瘤生长降低支架再狭窄发生率，同时有效提高患者生存质量减少并发症的出现，延长生存期[3]。目前国内外虽不乏有学者对食道粒子支架展开研究，但关于125I粒子数量、排布方式的剂量学研究文献依旧较少。食道粒子支架剂量学分布特点不但能为临床治疗过程中粒子支架的应用提供规范，还可对其他空腔脏器恶性肿瘤的粒子支架应用提供一定理论依据。本文拟通过计算机治疗计划系统（TPS）对相邻层粒子错位排布和顺位排布不同粒子排布方式的125I粒子食道支架肿瘤靶区剂量学分布特征进行分析对比，并进一步为临床应用放射性粒子食管支架治疗缓解食管癌食道狭窄提供剂量学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设备

放射性粒子组织植入计算机治疗计划系统（TPS）（北京天航科霖科技发展有限公司）；125I放射性粒子（宁波君安药业有限公司）：外包壳材料钛管外径0.8mm，长度4.5mm，壁厚0.05mm，内核材料银丝尺寸0.5mm×3mm，银丝表层镀I-125同位素，粒子半衰期59.6d，γ射线能量35.5Kev，X射线能量27.4-31.4Kev，组织半价层为20mm，放射性活度为0.3-0.9mCi。125I食道支架（常州佳森支架器械有限公司）：为临床常用支架，选择该研究所需的相同直径下不同长度的支架作为制备食道粒子支架模型材料。

1.2 放射性粒子支架制备

选择直径为20mm的支架，按照同层粒子数目3、4、5个将支架分为A、B、C三组，每组再按照相邻层顺位排布和错位排布分为1、2两组，共A1、A2、B1、B2、C1、C2六组。所有支架均以中心为原点。A组支架每层布源3颗粒子，A1组所有层面均在0°、120°和240°三个角度布源；A2组奇数层在0°、120°、240°布源，偶数层在60°、180°、300°布源。B组支架每层布源4颗粒子，B1组所有层面均在0°、90°、180°、270°四个角度布源；B2组在奇数层在0°、90°、180°、270°布源，偶数层在45°、135°、225°、315°布源；C组支架每层布源5颗粒子，C1组所有层面均在0°、72°、144°、216°、288°布源，C2组奇数层在0°、72°、144°、216°、288°布源、偶数层在36°、108°、180°、252°、324°布源。所有支架粒子层间距为1cm，所有支架分别先后载入0.3mCi、0.4mCi、0.5mCi、0.6mCi、0.7mCi、0.8mCi、0.9mCi等7种不同活度的粒子，均用记忆合金丝（直径为0.16mm）有规则缠绕并固定125I粒子。

1.3 实验模拟

利用计算机治疗计划系统（TPS）创建17层图像，层距5mm，在TPS系统中模拟直径20mm、长度8cm的粒子支架。定义模拟支架边界为肿瘤靶区（GTV）内界，外扩5mm为靶区外界，利用TPS进行勾画，靶区呈圆环型长度为6cm，设定处方剂量为80Gy。在每组模拟支架先后载入0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9mci7种不同活度粒子。通过TPS系统验证6组支架不同粒子活度下剂量分布。导出DVH图并记录六组支架在不同粒子活度下D90、V90数值，分别测量6次以保障实验结果准确性（以±s表示）。

1.4 统计学方法

采用SPSS 22.0软件进行统计学分类和处理，采用单因素方差ANOVA分析，若组间方差不齐则采用非参数检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

A1、A2、B1、B2、C1、C2等6组粒子支架在不同粒子活度下D90、V90值见表1、表2。 6组支架不同粒子活度下D90剂量差异均有统计学意义（P＜0.05），6组支架不同粒子活度下V90差异均有统计学意义（P＜0.05）。

表1 6组支架不同粒子活度（mCi）下D90剂量(±s，Gy)

表1 6组支架不同粒子活度（mCi）下D90剂量(±s，Gy)

分组 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组支架不同粒子活度（mCi）下V90(±s，%)

表2 6组支架不同粒子活度（mCi）下V90(±s，%)

分组 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 讨论

125I放射性粒子与普通食管支架结合产生的125I粒子放射性食管支架，使腔内近距离放疗（ILBT）可同时兼顾重建食道通畅以及对局部肿瘤进行内照射治疗[4]。125I粒子不但能满足靶区肿瘤细胞及组织的根治剂量，并且其对周围正常组织损伤小。基于上述原理，粒子支架可同时达到降低支架再狭窄发生率，提高患者生存质量并延长患者生存期等目的。目前在食道恶性肿瘤治疗过程中已得到推广。尽管近年来有已诸多文献对放射性食管支架的临床疗效展开研究，但所采用的支架规格、粒子的排布方式及数量皆不相同，关于放射性食管支架的剂量学分布相关研究依然较少，剂量学模型仍未明确[5]。

剂量分布作为影响肿瘤局部控制率的关键因素，受粒子活度、粒子间距、粒子排布方式、支架直径等多种条件的影响。目前临床关于食道粒子支架的粒子活度、间距、排列方式等标准尚未统一。先前研究采用的粒子活度范围为0.4-0.9mCi、层粒子间距为1-2.5cm、每层粒子布源3-4颗[6]。对于粒子支架而言，针对其不同因素分别探讨其对剂量分布的影响至关重要。本研究将处方剂量设定为80Gy，经TPS模拟六组支架在靶区的剂量分布情况。D90剂量学参数与125I粒子植入的质量直接相关，是影响肿瘤局部控制率的关键因素。

①当每层粒子数量为3颗，即使A1组粒子活度达到0.9mci，D90剂量最接近处方剂量也仅为76.70Gy，不能满足处方剂量要求。既往研究表明，D90剂量学参数与125I粒子植入的质量直接相关，是影响肿瘤局部控制率的关键因素[7]。当粒子活度＜0.9mci则始终处于较低的剂量学参数水平，80Gy以下的剂量往往易导致肿瘤复发[8]；而A2组在粒子活度为0.8mci时，D90剂量达到80.3Gy接近处方剂量，V90为95.92%。对于每层3粒子的支架，不推荐顺位排布方式，即使选择错位排布方式也应尽量选择高活度粒子进行布源。

②当每层粒子数量为4颗，粒子活度为0.6mci时，两组D90剂量最接近处方剂量分别为77.16Gy、81.94Gy，此时V90分别对应为92.44%、94.94%，均较为理想，可同时满足照射靶区内无明显低剂量区、高剂量区少等条件（图1）。于慧敏等[9]同样在处方剂量80Gy情况下以放射性支架中的纵横垂直粒子间距为变量探讨了其在不同粒子活性下肿瘤靶区的剂量学分布特征，在支架直径20mm时，推荐粒子间距为1cm，活度为0.6mci。当粒子活度＜0.6mci时，剂量学参数水平较低，D90所对应的处方剂量均小于80Gy。当粒子活度＞0.6mci时，虽然V90数值均在95%以上，但D90剂量均处于较高水平，B2组在粒子活度为0.8mci、0.9mci时的200%处方剂量甚至达到50%以上，较高的处方剂量虽易导致肿瘤坏死，但同时极大增加了食管穿孔等并发症出现的概率[10]。对于每层4粒子的支架，粒子活度0.6mci错位排布是建议选择的排布方式。

图1 六组支架在80Gy处方剂量下每种粒子活度不同剂量线在支架中段平面各等剂量分布曲线图

③当每层粒子数量为5颗，粒子活度为0.5mci时，D90剂量就分别达到了77.93Gy、81.95Gy，最接近处方剂量，此时V90值也较为理想。相较于A、B组支架，C组支架粒子在0.5mci时便可达到接近80Gy的处方剂量要求（表1、表2）。由此可见，在支架直径、粒子活度条件不变的情况下，同层面125I粒子数目越多，就越容易满足处方剂量要求。这与孙海涛等[11]的研究，在保证粒子活度、支架直径及长度均相同的情况下，同层粒子数量越多支架径向累积剂量越高结论相一致。但需要提及的是，在量表2中当粒子活度为0.8mci、0.9mci时，由于粒子活度过高，B、C两组V90在此时均达到了100%上限，D90也远远超出处方剂量，这在临床应用过程中应值得注意。

④六组支架中相邻层粒子错位排布支架在同一粒子活度下的D90剂量均高于相邻层粒子排顺位排布支架，A1组V90大于A2组，B1组与B2组、C1组与C2组同层粒子数目相同时不同粒子活度下V90值基本相同（表1、表2）。因此当支架直径相同、同层粒子数量相同时，相邻层粒子错位排布所获得的剂量更大，比顺位排布更容易满足处方剂量要求。这应与错位排布结构在一定程度上填补顺位排布结构所产生的“照射冷点”相关，对辐照空间的利用更全面。Wang等[12]的研究采取每层4颗粒子，呈90°角相邻层错位排列的排布方式，使纳入研究的患者达到了11.6个月的中位生存期，远高于既往文献所报道的时间。刘卫东等[13]鉴于125I粒子的有效作用半径，同样认为在确定适宜粒子活度后，为避免“照射冷点”的出现应保证粒子布源对称均匀。

虽然125I放射性粒子食管支架在临床中获得了较为广泛的应用，明确治疗靶区和外周正常组织的剂量分布特征，建立可准确测量剂量学分布的模型，使空腔脏器肿瘤的治疗规范化仍是目前需要着力解决的问题。食管癌作为空腔脏器恶性肿瘤，处方剂量的常规选择范围多为60-80Gy，但125I粒子相较于外放疗释放射线的过程具有持续性等优点，因此可通过适度增加处方剂量以达到最佳治疗效果。另外，本次研究结果基于TPS模拟所得，与真正植入患者体内时的实际情况应有所不同，因此也存在一定局限性与误差，需要进行大量临床试验对其准确性进行证明。