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劑量學系統(tǒng)在碘-125放射性粒子植入的應用徐建彬 范會革1 王娟 隋愛霞 賈漪濤（河北省人民醫(yī)院腫瘤科 石家莊 050051）通訊作者：范會革（ E-mail: xu_）隨著近距離照射技術的發(fā)展，曾相繼建立和發(fā)展了被廣泛采用的一些劑量學系統(tǒng)如曼切斯特系統(tǒng)、巴黎系統(tǒng)等。但目前推薦用于組織間插植的劑量學系統(tǒng)，是蒙特卡羅技術的劑量系統(tǒng)。劑量學系統(tǒng)，是指欲在治療體積內獲得適宜的劑量分布，要求必須遵循的一系列放射源分布的規(guī)則，如使用放射源的類型、強度、應用的方法和幾何設置；同時“系統(tǒng)”也明確了劑量表示和計算的方法。我們就劑量學系統(tǒng)應用問題陳述幾點意見。1.靶區(qū)確立及意義1.1 腫瘤區(qū)：指腫瘤的臨床灶，為一般的診斷手段（包括CT和MRI）能夠診斷出的可見的具有一定形狀和大小的惡性病變的范圍。1.2 臨床靶區(qū)：指按一定的劑量模式給予一定劑量的腫瘤的臨床灶（腫瘤區(qū)）、亞臨床灶以及腫瘤可能侵犯的范圍。1.3 治療區(qū)：對一定的照射技術及射野安排，某一條等劑量線面所包括的范圍。組織間照射對體積的描述，與外照射的定義類似，也是基于一般腫瘤學原則。主要需要明確腫瘤區(qū)、臨床靶區(qū)和治療區(qū)。2.照射劑量的區(qū)域及作用2.1 最小靶劑量（MTD）：是臨床靶區(qū)內所接受的最小劑量。一般位于臨床靶區(qū)的周邊范圍。2.2 平均中心劑量(MCD)：是中心平面內相鄰放射源之間最小劑量的算術平均值。2.3高劑量區(qū)：指150%平均中心劑量所包括的最大體積。為了討論晚期反應與劑量的相關性，在近距離照射計劃設計中，應該確切了解高劑量區(qū)的范圍。2.4 低劑量區(qū)：是在臨床靶區(qū)內，由90%處方劑量所包括的最大體積。在組織間照射中，使用不同的劑量學系統(tǒng)，定義處方劑量的方法是有區(qū)別的。劑量分布不均勻是組織間照射的基本特點之一。即劑量梯度大，每一放射源周圍存在有高劑量區(qū)，但也有劑量梯度近似平緩的區(qū)域，即坪劑量區(qū)，一般與相鄰放射源的距離相等。由于組織間照射劑量學的特點，對其描述需確定相關參數。2.5 劑量體積直方圖（DVH）：在三維治療計劃系統(tǒng)中，劑量計算都是在三維網格矩陣中進行的，因此就能夠計算和表示出在某一感興趣的區(qū)域如靶區(qū)、重要器官的體積內有多少體積受到多高劑量水平的照射。這種表示方法稱為劑量體積直方圖（DH）。DH用于治療計劃的劑量分布的分析是治療計劃設計系統(tǒng)的一項極其重要的發(fā)展。2.6 D90：指90%的靶體積所受到的照射劑量。在立體插植治療中D90表示處方劑量的水平。2.7 V90： 指90%的處方劑量所覆蓋的靶體積的百分比。在立體插植治療中優(yōu)化的設計V90可95。3.組織間照射劑量學系統(tǒng)的臨床應用3.1 曼徹斯特系統(tǒng)是30年代以鐳-226直線源設計的平面插植劑量計算系統(tǒng)。典型的單平面插植，放射源必須相互平行且源之間的距離不能大于1cm。距輻射平面0.5cm為參考劑量平面。當治療厚度大于2.5cm時需用雙平面插植，雙平面插植時，平面之間應相互平行。因其劑量計算方法是按鐳源設計，現已很少使。 3.2 巴黎系統(tǒng)組織間照射的巴黎劑量學系統(tǒng)始于上世紀60年代，是依據銥192線狀放射源的物理特性所建立的。其基本插植規(guī)則是：1）所有放射源的線比釋動能率相等；2）放射源是相互平行的直線源，插植時其強度、長度及各放射源之間的距離相等，且各源的中心在同一平面，即中心平面。其劑量計算方法是，以中心平面各放射源之間的中點劑量率之和的平均值。通過控制和改變放射源在各植入點的駐留時間來實現劑量的優(yōu)化計算。3.3 蒙特卡羅技術是用隨機抽樣技術去模擬三個過程：1）原射線的能普及離軸分布；2）原射線及散射線光子在介質中的運輸過程；3）模擬由光子與物質相互作用后產生的次級電子的運輸和能量沉積過程。蒙特卡羅程序不僅能夠模擬均勻介質中上述三個過程，而且能夠精確模擬不均勻介質中，光子和經一級和二級碰撞產生的次級電子的徑跡，和計算它們的能量沉積。隨著高速計算機的發(fā)展，利用蒙特卡羅技術開發(fā)的治療計劃系統(tǒng)軟件，不僅能準確提供“體積劑量直方圖”（DVH）的詳細報告（包括治療靶體積和敏感體積），并且能觀察到任意平面及任意點的劑量，更能精確評估治療計劃的優(yōu)劣。4、近距離放射治療用放射源的物理特性4.1 200keV-2MeV能量段，鐳-226（0.83MeV）、銫-137（0.662MeV）、銥-192（0.36MeV）、金-198（0.412MeV）等。此能量段的所有同位素均為鐳的替代同位素，其物理特征是劑量率常數不變，不受射線能量和組織結構的影響。但半價層值隨能量降低顯著減小。鐳療所建立的劑量學系統(tǒng)可移植到此能量段的所有同位素。4.2 60keV-200keV能量段，镅-241（60keV）、鐿-169（93keV）等,與生物組織的相互作用基本上服從康普頓彈性散射規(guī)律，而散射光子的建成基本補償了原射線在組織中的衰減，劑量率常數開始隨能量和組織結構變化。4.3 當能量低于40keV時，光電效應占主要地位，劑量率常數隨射線能量和組織結構的變化更大，組織結構顯著的影響了劑量分布。射線的生物效應對能量的依賴性提示我們，鐳療及其鐳的替代核素臨床上積累的經驗及組織劑量效應數據，不能直接用于這些低能的同位素治療，同時相應的治療計劃系統(tǒng)應使用相應的劑量計算模型。4.4 碘-125放射源，碘-125通常做成粒狀源，目前使用較多的為，直徑0.8mm,長度4.5mm。能量27keV-35keV，半衰期為59.6天。目前主要用于低劑量率的永久性插植治療。 碘-125在不同組織中形成的劑量分布的蒙特卡羅一維計算得出，并經熱釋光劑量計劑量測量的證實：碘-125插植在水與脂肪組織界面處的劑量約減低25%-40%；在水與骨組織界面中約增加4-5倍。顯然，組織的不均勻性將顯著影響碘-125插植時的劑量分布，表明常規(guī)治療計劃系統(tǒng)假設組織為均一水樣的計算結果的不可靠性。碘-125源的劑量分布明顯的依賴于被插植組織的結構。如果充分利用現代影像設備，了解插植部位的組織結構的細節(jié)；再有較好的劑量計算模型，以表達組織邊界的劑量分布的特征；通過粒源分布和粒源單顆活度的調整，臨床可最大限度地得到治療增益。5、劑量模式經典的近距離插植照射大多是暫時性插植，且布源規(guī)則不變。劑量率是決定照射方式的主要根據（分次、脈沖、連續(xù)），劑量率越高分次間隔時間越長，低劑量率則可進行連續(xù)照射。不同劑量率的照射時間和間隔時間的改變，放射源分布形態(tài)不變，通過調整放射源在某一點的停留時間，優(yōu)化劑量分布，目的在于提高治療增益，所以也稱時間劑量模式。碘-125粒子源是永久性插植是連續(xù)照射。治療時間是不變的常數。如何得到更好的治療增益，只有改變粒子源的空間分布和單源活度。當空間分布和源的活度任意改變時，經典的劑量模式及劑量計算模型并不適合。蒙特卡羅技術用三維數學計算模型建立的體積劑量模式，可根據劑量需要調整粒子分布及數量，粒子分布始終圍繞劑量需求，并能根據腫瘤形態(tài)達到最大劑量適形度及最大劑量坦度，是目前最適合碘-125、鈀-103等永久插植粒子源劑量計算的系統(tǒng)。6. 小結近距離放射治療是將封裝好的放射源，通過施源器或輸源導管及植入針將放射源直接植入患者的腫瘤部位進行照射。其基本特征是放射源貼近腫瘤組織，腫瘤組織可以得到有效的殺傷劑量，而鄰近的正常組織受量較低。近距離照射的劑量學最基本最重要的特點-平方反比定律，即放射源周圍的劑量分布，是按照與放射源之間距離的平方而下降。按照平方反比定律估算，1-2cm（125I使用mm）劑量差別為4倍。欲使病變邊緣劑量達到腫瘤致死劑量水平，近源處的劑量會高到臨床不可能接受的程度。因此對于不同體積的病變，只能按照特定的劑量學規(guī)則，選用不同的布源方式，以達到在不加重正常組織損傷的前提下，給予腫瘤組織較高劑量的照射。綜上可以看出，永久插植治療是一項復雜的技術，并受到諸多因素的影響，特別是能量低于40keV的同位素，劑量計算更為復雜。傳統(tǒng)的劑量學系統(tǒng)基本是按照特定放射源的物理特性及布源規(guī)則而設計，所以很難廣泛應用于各種放射源的劑量計算。蒙特卡羅技術能模擬不同射線在不同介質中的能量沉積，通過隨機抽樣精確計算某點或某一體積單位的劑量表達。目前是較為理想的劑量計算模型，應用領域也越來越廣。7、展望在永久插植治療中，目前應用最多的同位素是鈀-103、碘-125粒子源。以蒙特卡羅技術為劑量模型應用現代高速計算機創(chuàng)建的三維治療計劃系統(tǒng)，確保了靶體積劑量計算的相對精確及合理性。最大程度地滿足了臨床治療增益的需求，設計出高度適形的治療計劃。但是，在實施過程中，為得到更高的適形度，粒子源分布的自由度也很大，基本上是按照劑量需求分布粒子源。粒子源能否準確植入計劃設計位置點，是治療質量控制的關鍵。目前，國內外永久插植治療技術應用較成熟的只有前列腺插植，它利用直腸腔內超聲步進裝置，采集前列腺的序列斷層圖像，進行三維重建設計實時治療計劃，利用模板引導固定植入位置點，放射源植入位置和治療計劃設計位置相吻合，使治療計劃的實施到了嚴格的控制。但是，前列腺以外的腫瘤的永久插植治療，因植入位置點缺乏嚴格的控制，致使治療計劃的執(zhí)行出現較大的誤差。目前前列腺外的腫瘤插植，只能控制靶體積的總劑量（根據治療計劃某一體積達到一定劑量所需某一活度放射粒子源的數量），無法控制放射源的優(yōu)化分布，由于植入技術和經驗的不同可能造成相當大的劑量誤差。在永久性放射粒子植入治療中，等劑量線的適形度是治療成功與否的關鍵；劑量分布的相對坦度是規(guī)避正常組織及周圍重要器官免受損傷的主要因素；所以，粒子源的分布是劑量合理分布的關健，粒子源植入位置的準確性決定治療計劃實施的可靠性。以蒙特卡羅技術建立劑量模型，設計的治療計劃，在三維空間粒子的分布可以達到最優(yōu)化狀態(tài)，并準確描述了V200-V60、D100-D50的劑量分布。但是，目前只有前列腺粒子插植的粒子位置準確性可以得到控制，治療計劃能準確如實執(zhí)行。前列腺以外的其它部位腫瘤的粒子植入，雖可準確計算體積劑量、粒子形態(tài)分布及所需數量，但粒子源位置的準確性缺乏有效的控制方法，主要靠經驗控制分布，治療計劃的執(zhí)行存在較大誤差?？梢娭挥泻玫哪Ｐ秃途_的計算及可行的治療計劃設計，還遠遠不夠，治療計劃的忠實準確執(zhí)行是不可缺少的環(huán)節(jié)。如果沒有治療計劃設計的植入是完全盲目的，是無法預見治療結果的。劑量的準確性始終是決定治療成敗的關鍵，蒙特卡羅系統(tǒng)解決了計算難題，但離子源位置的準確性有待進一步研究和完善。參考文獻1. Tim D，Bohm，Paul M，et al. Brachytherapy dosimetry of 125 I and 103 Pd sources using an updated cross section library for the MCNP Monte Carlo transport code. Medical Physics, 2003, 30(4): 701-711.2. 胡逸民,主編.腫瘤放射物理學：第1版.北京：原子能出版社，1999.99-104.279-