贾鹏飞，赵辉

1南通大学附属医院，江苏南通226001；2南通大学医学院

在过去的十年中，放射性125I粒子植入被公认为是许多不可手术或局部复发肿瘤的替代疗法之一。该技术有以下特点：①小尺寸，易于转载和植入；②在向邻近肿瘤组织传递高剂量照射的同时，可保护相对较近位置的正常组织；③可最大程度减少由于器官移动引起的治疗误差[1]。传统的植入方法无法将放射性125I粒子精确地植入到肿瘤内，且剂量学参数不明确。但随着粒子链技术、粒子支架、3D模板打印技术及治疗计划系统的应用，粒子植入位置的精确性和剂量学的精准性也越来越高。本文就放射性125I粒子植入在中空器官与实质器官的剂量研究作一综述，为125I粒子植入提供剂量学方面的参考。

1 中空器官植入放射性125I粒子的剂量

1.1 胆管支架联合粒子条的剂量 对于恶性梗阻性黄疸，放置金属支架是目前被广泛认可和接受的治疗方法，但肿瘤生长或正常组织增生导致支架再狭窄是该方法的主要缺点[2]。125I粒子的放射性可减小肿瘤组织并抑制内皮细胞增生，且有研究表明胆管支架联合粒子条治疗恶性阻塞性黄疸安全有效，可提高支架通畅性和患者生存率[3]。影响粒子条径向剂量分布的因素包括粒子活度、离粒子条距离及弧度等，但粒子条的长度对径向剂量分布的影响较为微弱。王耀明等[4]研究了由10颗及20颗活度为1.0 mCi的125I粒子组成的粒子条剂量分布，结果发现距离粒子条中心点垂直距离为0.5 cm的4周累积剂量分别为78.6、80.8 Gy，距离为1 cm的4周累积剂量分别为32.8、37.1 Gy。焦德超等[5]研究发现，单条、双条、三条粒子条距离中心旁开1 cm、活度为0.3 mCi时的累积剂量分别为30.5、69.2、98.4 Gy，活度为0.5 mCi时的累积剂量分别为50.6、114.3、166.6 Gy，活度为0.7 mCi时的累积剂量分别为70.6、161.7、230.2 Gy，活度为0.9 mCi时的累积剂量分别为90.6、207.2、293.1 Gy；由此得到了累积剂量与粒子活度、支架周围粒子条数量有关的结论，且粒子的作用距离较为有限，其中距离活度为0.9 mCi的单条粒子条中心1 cm处的累积剂量为90.6 Gy，2 cm处为30.6 Gy，3 cm处降为13.3 Gy，剂量跌落梯度较大。郝亮等[6]研究显示，粒子条弧度改变对剂量分布的影响较大；该研究的处方剂量定为60 Gy、粒子条弧度为30°时，胆管D90(90%肿瘤体积接受的处方剂量)最大为132.21 Gy、V100(靶区接受100%处方剂量的体积百分比)为100%；粒子条弧度为60°时，胆管D90最低为45 Gy、V100为68%；粒子条弧度为30°时，距离中心点5 mm处向心侧和离心侧的累积剂量分别为165、142 Gy；粒子条弧度为180°时，距离中心点5 mm处向心侧和离心侧的累积剂量分别为90、50 Gy。

1.2 胆管粒子支架的剂量 胆管粒子支架一般由内、外两部分组成；内部为自膨式钛和镍形状记忆合金制成的编织网状支架，可提供支撑力；外部为直径稍大的自膨式放射性支架，外部支架装载放射性I粒子。胆管粒子支架的径向剂量分布不仅受粒子活度、离支架距离的影响，还受放射性支架长度的影响。Yao等[7]研究发现，当粒子活度保持不变时，径向累积剂量随放射性支架长度的缩短而减少，在距离放射性支架5 mm处，支架长度从8 cm缩短至6 cm时，累积剂量减少了4～16 Gy；支架长度从6 cm缩短至4 cm时，剂量剂量减少了13～25 Gy；当放射性支架长度保持不变时，径向累积剂量随粒子活度的减小而减少，当粒子活度从0.5 mCi减为0.4 mCi时，在距离4、6、8 cm长度支架5 mm处的累积剂量分别减少13、16、17 Gy；该研究对距离支架表面1 mm的累积剂量即表面累积剂量进行了观察，结果显示0.4～0.8 mCi的125I粒子在8 cm长度支架上产生的表面累积剂量为97～195 Gy，该项指标可以用来评估胆管壁发生穿孔的风险。

1.3 食管粒子支架的剂量 食管粒子支架即在食管支架周围装载放射性125I粒子，不仅可以迅速、有效地缓解因恶性狭窄导致的吞咽困难，还可以有效减小肿瘤体积。粒子间距、支架直径及粒子活度是影响食管粒子支架径向累积剂量分布的主要因素，距离支架越近，这一现象就越明显。孙海涛等[8]研究发现，当支架直径、长度和粒子活度相等时，同层面粒子数量越多，即粒子间距越小，其径向累积剂量越高，且剂量增加幅度随粒子活度的增加而增加，随离支架中心距离的增加而减小；当支架长度不同时，只要同一层面的粒子数量相同，其累积剂量就无明显变化；粒子间距1 cm的等剂量曲线的适形性和均匀性均优于粒子间距1.5 cm，当粒子间距为1.5 cm时，可见较多的剂量“冷点”。于敏慧等[9]研究将处方剂量定为80 Gy，结果发现：①当粒子纵横垂直间距为0.5 cm时，靶区均在200 Gy等剂量线包绕范围内，并且随着活度的增加，其包绕范围越大；②当粒子纵横垂直间距为1.0 cm、粒子活度为0.6 mCi时，靶区D90为89.17 Gy、V90为95.7%；③当粒子纵横垂直间距为1.5 cm时，靶区内有大量低剂量区，即使粒子活度为0.9 mCi，靶区D90仅为47.19 Gy、V90为64.90%。因此该研究建议，直径为2 cm的食管支架使用粒子间距为1.0 cm、活度为0.6 mCi。张宏涛等[10]研究将处方剂量定为80 Gy，结果发现：①将活度为0.6 mCi的125I粒子转载在直径为12 mm的食管支架上，每层4颗粒子均匀分布，层间距为1 cm时，靶区D90为77.82 Gy、V90为95.9%；当支架直径改为14 mm时，活度为0.7 mCi的粒子可获得较为满意的剂量学分布。②将活度为0.7 mCi的125I粒子转载在直径为16 mm的食管支架上，每层5颗粒子均匀分布，层间距为1 cm时，靶区D90为83.52 Gy、V90为94.9%。

1.4 门静脉粒子支架的剂量 随着腔内粒子支架相关研究的日益增多，门静脉粒子支架已成为治疗门静脉癌栓的新方法。Yao等[11]研究使用直径为1 cm、长为10 cm的支架分别装载1、2、3根粒子条，并进行剂量学比较；结果发现，对于相同活度的粒子，随着粒子数量的增加，靶区V100也明显增加；靶区的适形指数与粒子活度及粒子条数量呈正相关关系，与处方剂量并无明显相关性；靶区均匀指数与粒子活度呈负相关关系，与处方剂量及粒子条数量无明显相关性。该研究认为，门静脉支架联合单根粒子条不能满足剂量学要求；当使用门静脉支架联合2根粒子条时，粒子活度为0.7 mCi可以满足处方剂量为105 Gy的剂量学要求；当使用门静脉支架联合3根粒子条时，若处方剂量为105、125、145 Gy，则建议粒子活度分别为0.5、0.5、0.6 mCi。

2 实质器官植入放射性125I粒子的剂量

2.1 放射性125I粒子植入在肺癌治疗中的剂量 随着粒子植入计划的发展，在3D模板打印技术的指导下，依据术前治疗计划可以将植入针以任意角度插入肿瘤内，从而避免直接穿透血管和骨骼。尽管计划系统可以制定完美的术前计划，但术前计划也无法完全实现，主要原因有：①术前计划是在手术前几天完成的，在此期间肿瘤大小和形状可能会发生改变；②手术时患者的体位很难与术前体位完全一致；③由于呼吸运动，肋骨、血管及神经可能会阻挡植入针道，从而导致术前计划的改变。因此，对于位置相对固定的肿瘤，运用3D模板打印技术指导放射性粒子植入的术前和术后计划的剂量学参数有良好的一致性，例如D90、V90、V120、V150[12]。Li等[13,14]研究发现，术中计划靶区V100、V150、V200均高于术前计划，靶区适形度、计划质量指数均有所提高，靶区均整度下降，肺受量无明显变化，因此在按照术前计划行肺癌放射性粒子植入术的同时，要进行实时调整，从而获得更高靶区处方剂量覆盖率和更好计划质量指数的术中计划，但同时也会提高靶区的高剂量区。该作者进行了粒子植入与立体定向放疗的剂量学比较，发现与立体定向放疗相比，粒子植入可以产生相等的生物剂量，而正常组织仅接受非常低的放射剂量，几乎不受损害，但粒子植入中靶区的适形指数和均整度均低于立体定向放疗。

2.2 放射性125I粒子植入在前列腺癌治疗中的剂量 放射性粒子植入是治疗前列腺癌的重要方法。美国近距离放射治疗协会推荐：若将放射性粒子植入作为前列腺癌的单一疗法时，其靶区处方剂量应为140～160 Gy[15]，但前列腺的形状、体积、组织异质性，术中前列腺的变形、水肿，术后粒子的丢失、移位等，均可对靶区剂量分布产生影响，甚至导致靶区剂量不足或过剩。Merrick等[16]将前列腺分为12个部位，并进行剂量学比较，发现前列腺底部的剂量分布不如中部和尖部，外侧及后侧部分优于前面部分。Liu等[17]研究发现，125I粒子植入治疗前列腺癌时，体积<25 cm3的前列腺D90<140 Gy的概率升高32%，该作者认为小体积前列腺D90覆盖率较差的原因之一是水肿对小体积前列腺的影响较大。

低能放射源剂量计算的模型一般将均质的水作为介质，但人体组织具有异质性，该异质性会影响计划系统中剂量计算的准确性[18]。Ohashi等[19]研究发现，若粒子聚集在一起或接近钙化灶时可进行MRI扫描，而基于MRI的剂量计算是一种较为实用的方法。Oliveira等[20]采用蒙特卡罗剂量计算方法分析前列腺组织异质性对剂量学的影响，结果发现与蒙特卡罗算法相比，用水作为介质进行计算的前列腺D90被高估了2.8%～3.9%，直肠的D0.1 cc(危及器官中0.1 cc体积接受的照射剂量)被高估了6%～8%；若将剂量换算成等效生物剂量，前列腺D90则被高估了3.5%～3.7%，直肠D0.1 cc则被高估了7.7%～8.3%。

放射性粒子植入治疗前列腺癌常使用超声引导，而直肠充气探头会引起前列腺变形，进而导致剂量学变化。Lian等[21]通过图像形变配准，将变形后图像上的粒子映射到变形前的图像上，发现变形会导致100%的等剂量线向前移动，150%的等剂量线向尿道靠近，并且会高估靶区的处方剂量覆盖率和直肠剂量，低估尿道剂量。Kovtun等[22]研究发现，前列腺癌患者粒子植入术后前列腺常常会发生水肿，但不会显著影响125I粒子植入的长期总体剂量，但对于半衰期较短的放射性粒子(如铯137)，大部分剂量会沉积在水肿的前列腺。Knaup等[23]研究发现，植入后粒子的丢失和移位会导致靶区D90降低。而Vassiliev等[24]认为，尿道周围粒子移位较小，不足以影响前列腺的剂量学分布。近年来，粒子链技术逐渐应用于临床，该技术可以使粒子保持较好的排列状态，同时也让粒子迁移得到很好的控制。Major等[25]研究发现，与自由粒子植入相比，用粒子链植入的靶区处方剂量覆盖率稍好，但会导致尿道和直肠接受剂量升高及靶区均整度变差。

2.3 放射性125I粒子植入在胰腺癌治疗中的剂量 胰腺癌是最常见的消化系统恶性肿瘤之一，放射性粒子植入能改善肿瘤的局部控制率，并有效缓解患者疼痛[26]。Huang等[27]运用3D模板打印技术指导125I粒子植入治疗胰腺癌，处方剂量定为140 Gy，术前计划靶区D90、V90、V100、V150分别为155.3 Gy、97.1%、94.5%、59.3%，术后计划靶区分别为154.8 Gy、94.6%、91.0%、64.5%，可见3D模板打印技术可以很好地实现术前治疗计划。该研究结果显示，使用徒手经验法植入时，靶区D90、V90、V100、V150分别为103.3 Gy、78.9%、72.9%、48.2%，其剂量参数均低于3D模板打印技术，说明3D模板打印技术是125I粒子植入治疗胰腺癌较为理想的辅助工具。

此外，叶克强等[28]对125I放射性粒子在骨介质中的剂量学分布进行研究，结果发现在同样的介质深度下，125I粒子的剂量沉积能力自骨皮质、骨松质、软骨、水、黄骨髓、红骨髓依次递减，在介质深度分别为0.01、0.1、1 cm处，125I粒子在骨皮质中的剂量沉积分别是在水中的12.90、9.72、0.30倍。因此，125I放射性粒子在骨组织中的剂量分布不等同于水，其能量主要沉积在骨介质表面，在制定靶区毗邻骨组织的治疗计划时，应考虑骨组织的影响。但目前的计划系统一般是基于水介质计算的，期待将来有更多的研究能将不同组织的能量沉积能力纳入考虑范围。自动化粒子植入技术最初由Utrecht近距离放疗团队提出，在欧洲被广泛使用，且该技术符合美国医学物理学会和美国近距离放射治疗协会的相关规范。虽然Genebes等[1]研究发现，自动化粒子植入技术较传统技术的剂量分布较差，但运用该技术治疗前列腺癌可以提高质量保证及辐射安全性。目前关于自动化粒子植入技术的研究较少，期待将来随着技术的发展，有更多该方面的剂量学研究。