通過增加粒子源數(shù)量提高骨水泥包裹后125I粒子表面放射活度的可行性研究

吳梅祥，陳翠玲，符乙敏，郭倞，尹知訓(xùn)，何二興，陳 萍，白 波

作為一種新的腫瘤治療手段，125I粒子植入內(nèi)放射治療技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注，其與經(jīng)皮椎體成形術(shù)（percutaneous vertebroplasty，PVP）聯(lián)合使用既解決了脊柱的穩(wěn)定性問題，也達到了滅活腫瘤的目的，在治療椎體轉(zhuǎn)移瘤方面有一定療效[1-3]。筆者在前期的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，骨水泥完全包裹產(chǎn)生的阻擋效應(yīng)使植入的125I粒子失去有效的內(nèi)放療作用[4]。能否通過增加粒子源數(shù)量來消除骨水泥的阻擋效應(yīng)，進而提高模型表面的有效放射活度？為解決這一問題，我們設(shè)計了不同數(shù)量125I粒子被骨水泥完全包裹的實驗?zāi)Ｐ?，觀察增加粒子數(shù)量后模型表面放射活度的變化，探討這一方法的可行性，為PVP聯(lián)合125I粒子植入治療脊椎轉(zhuǎn)移癌提供基礎(chǔ)研究依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料和儀器

125I密封籽源（北京智博生物技術(shù)有限公司）：物理半衰期（Tl/2）：60.1 d；單粒子表面活度（出廠活度）：0.7 mCi；能量特征：27.4、31.4和35.5 KeV，半價層：0.025 Bp。PVP穿刺工具包（上海凱利泰公司）包括13 g穿刺針、套筒、推桿；OSTEOPAL?V聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）骨水泥：購自德國Heraeus Medical GmbH公司，主要成分為丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯聚合物、二氧化鋯和甲基丙烯酸甲酯。CRC-15R放射核素活度檢測儀（CAPINTEC公司，美國）：分辨率0.01 μCi，精確度（1～2）% ± 1%，重復(fù)性測量誤差≤±0.5%。

1.2 實驗方法

選取內(nèi)徑為1 cm的高分子聚乙烯管，截取15段高度為1 cm的管圈，隨機分為A、B、C 3組，每組5個管圈。將3組管圈逐個固定在操作臺上，穿刺針以機械臂固定垂直置于管圈中央，深度為2.5 mm。

將90枚粒子隨機裝入9個彈夾中，每10枚粒子1個彈夾。將彈夾裝配至粒子植入槍中，根據(jù)A、B、C 3組模型所需包裹粒子數(shù)的不同，彈射相應(yīng)數(shù)量的粒子（分別為2、6、10枚），并將粒子放入小槽箱內(nèi)，送至放射核素活度檢測儀圓筒探頭內(nèi)，測量每組粒子的表面放射總活度，主機設(shè)置為125I核素測量模式。測量完畢后將粒子重新放回空彈夾中。

調(diào)制PMMA骨水泥，將其填滿管圈。待水泥呈拉絲后期，將之前分組測量的粒子分別通過植入槍和粒子針，將粒子推入相應(yīng)管圈骨水泥的中央。拔出粒子針和穿刺針套筒，粒子即被包裹于中央，待PMMA發(fā)熱硬化后，將骨水泥圓柱體從管圈中取出，125I粒子被PMMA包裹的圓柱體實驗?zāi)Ｐ椭谱魍戤?。?組模型分別置于放射核素活度檢測儀內(nèi)，測量其表面放射活度，計算包裹后表面活度衰減率（為包裹前后差值占包裹前值的百分率）。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行分析。所有計量資料應(yīng)用正態(tài)分布檢驗，符合者以均數(shù)±標準差（±s）表示，3組間衰減率比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Bonferronni法；包裹前后放射活度比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

如表1所示，3組模型被骨水泥包裹后表面放射活度均存在明顯衰減，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；包裹后表面放射活度衰減率3組之間存在明顯差異，隨著包裹粒子數(shù)量的增加，衰減率呈下降趨勢（P＜0.05）。

3 討論

椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入近距離放射是治療脊柱轉(zhuǎn)移癌的有效方法，具有微創(chuàng)、安全、并發(fā)癥少等優(yōu)點。125I粒子內(nèi)放療一般要求椎體轉(zhuǎn)移癌患者腫瘤區(qū)匹配周緣的有效處方劑量為90～140 Gy[5]，劑量過低無法達到控制和殺死腫瘤細胞的目的，過高則會導(dǎo)致周圍鄰近組織的放射性副損傷。應(yīng)用放射性粒子腫瘤根治劑量的精確性應(yīng)好于±5%[6]，否則將導(dǎo)致腫瘤失控。一項前列腺癌周邊劑量與療效相關(guān)性的研究發(fā)現(xiàn)，有效吸收劑量＞200 Gy時患者10年生存率為92%，140～160 Gy時為85.5%，＜100 Gy時為46%[7]。由此可見，125I粒子植入內(nèi)放射治療成功與否，在很大程度上取決于靶區(qū)吸收劑量的精確度，而這種精確度受靶區(qū)范圍、粒子分布和粒子活度等多種因素影響[8-10]。

湯曉斌等[11]對人體不同組織中粒子源的劑量分布進行研究，指出在骨組織等效體模中，其徑向劑量函數(shù)隨距離增大而下降的幅度較其他軟組織更為明顯，可見粒子射線穿過骨組織時衰減更快。此外，由于椎體毗鄰血管、神經(jīng)和脊髓等重要組織結(jié)構(gòu)，穿刺布針和填充骨水泥的可操作空間非常有限，骨水泥在椎體內(nèi)的彌散常不能精確控制，植入125I粒子被骨水泥不同程度的包裹在所難免，椎體內(nèi)腫瘤病灶區(qū)匹配的有效放射吸收劑量也因此被削弱。筆者在研究骨水泥對125I粒子射線影響的實驗中也發(fā)現(xiàn)，骨水泥完全包裹125I粒子后將對粒子產(chǎn)生明顯的阻擋效應(yīng)，隨著骨水泥厚度的增加，這種阻擋效應(yīng)會有所增強[4]。

而目前在具體實施放療時，并沒有專門用于骨腫瘤125I粒子手術(shù)引導(dǎo)的治療計劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS）及相關(guān)指南，醫(yī)師通常參照實體腫瘤TPS指導(dǎo)125I粒子的植入，依靠自身經(jīng)驗填充骨水泥，并未考慮骨水泥對粒子射線的阻擋效應(yīng)，也未評估骨組織與軟組織之間在粒子射線吸收能力方面的區(qū)別[12-15]。顯然，這種將骨水泥和骨組織對粒子射線放射效應(yīng)影響忽略不計的治療計劃，將會導(dǎo)致腫瘤病灶內(nèi)放射吸收劑量的下降。能否通過增加粒子源數(shù)量來抵銷骨水泥對粒子射線的阻擋效應(yīng)，從而修正骨腫瘤TPS的處方劑量，這一問題非常值得探討。隋愛霞等[16]的研究結(jié)果顯示，通過增加中心粒子源數(shù)量可以提高粒子周邊的放射劑量；本研究結(jié)果亦表明，隨著中心粒子源數(shù)量增多，模型表面的放射活度隨之增加，同時粒子射線的衰減率隨之下降。因此從理論上講，可通過增加粒子源的數(shù)量來提高骨水泥包裹125I粒子模型表面的放射活度，達到腫瘤靶區(qū)有效的放射吸收劑量。

表1 3組125I粒子包裹前后表面活度及衰減率（-x ± s）

但事實并非如此，其原因在于粒子γ射線通過骨水泥時衰減程度太嚴重，中心粒子源數(shù)量也不可能無限增加，因此難以達到有效處方劑量。眾所周知，隨著輻射半徑的增加，距離粒子源中心越遠，其放射強度越弱。單枚125I粒子有效放射活度的輻射半徑一般在8～9 mm左右，本研究選擇有效輻射半徑的中間值5 mm厚骨水泥作為實驗對象。實驗中發(fā)現(xiàn)，3組模型粒子射線被厚度5 mm骨水泥阻擋后，其衰減率均達到95%以上，輻射劑量衰減程度已然達到防護衣的阻擋水平[17]。C組中心粒子源數(shù)量雖較A組提高了5倍，但放射活度平均衰減率僅改善3.85%，雖有統(tǒng)計學(xué)差異，但其平均95.11%的衰減率仍然在防護衣對射線90%～99%的屏蔽水平，沒有任何治療意義；而通過減少骨水泥的厚度，自然可以降低其對粒子射線的阻擋效應(yīng)[4]，但實際操作中骨水泥包裹粒子的厚度根本無法控制，無法達到放射性粒子腫瘤根治劑量的高精準度要求。因此，試圖通過增加中心粒子源的數(shù)量和減少骨水泥厚度來提高表面放射活度，進而達到腫瘤靶區(qū)有效的放射劑量是不可行的。

盡管無法通過增加粒子源數(shù)量修正椎體轉(zhuǎn)移瘤TPS的處方劑量，但研究者仍進行了大量有意義的嘗試。謝小西等[18]建議將粒子植入位置與骨水泥填充位置適當(dāng)分開，以免粒子被骨水泥淹沒，影響粒子的內(nèi)放療作用；肖全平等[19]于植入粒子前先行填充骨水泥，在骨水泥無法達到的區(qū)域有計劃地植入125I粒子；蔡越飛等[20]則采用時間錯開的方法，在粒子植入術(shù)后2個月再行經(jīng)皮椎體成形術(shù)，以避免骨水泥對粒子的分布和效果造成影響。以上臨床研究均考慮到了骨水泥對粒子射線的影響，建議骨水泥與粒子分開放置，但并未對影響程度進行深入探究。目前這一技術(shù)仍然需要進一步研究，確定合理的骨水泥填充位置和粒子布源模式，建立適合PVP聯(lián)合粒子治療的腫瘤分型和手術(shù)引導(dǎo)TPS，以有效發(fā)揮骨水泥局部穩(wěn)定支撐和粒子持續(xù)內(nèi)放療的技術(shù)互補優(yōu)勢。

[1]徐文彥.125I放射性粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療椎體轉(zhuǎn)移瘤療效[J].臨床軍醫(yī)雜志,2017,45(7):753-755.

[2]楊祚璋,許建波,馬世興,等.脊柱轉(zhuǎn)移癌經(jīng)皮椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志,2006,26(2):178-179..

[3]謝小西,呂銀祥,張勝初,等.CT引導(dǎo)下125I粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療椎體轉(zhuǎn)移性腫瘤[J].放射學(xué)實踐,2012,27(8):902-905.

[4]吳梅祥,陳翠玲,符乙敏,等.椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療脊椎轉(zhuǎn)移癌的實驗研究:骨水泥對粒子射線的影響[J].中國骨科臨床與基礎(chǔ)研究雜志,2017,9(5):288-292.

[5]程琳,何闖,劉云,等.放射性125I聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療椎體轉(zhuǎn)移瘤的應(yīng)用研究進展[J].局解手術(shù)學(xué)雜志,2017,26(7):535-538.

[6]Shalek RJ.Determination of absorbed dose in a patient irradiated by beams of X or Gamma rays in radiotherapy procedures[J].Med Phy,1976,4(5):461.

[7]Stock RG,Stone NN,Cesaretti JA,et al.Biologically effective dose values for prostate brachytherapy:effects on PSA failure and posttreatment biopsy results[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2006,64(2):527-533.

[8]唐富龍,任菊娜,吳娟,等.125I放射性粒子單平面布源劑量學(xué)研究[J].介入放射學(xué)雜志,2014,23(7):619-622.

[9]曹倩倩,姜玉華,李玉亮,等.放射性125I粒子植入與外放療治療頸椎轉(zhuǎn)移瘤劑量學(xué)對比分析[J].山東大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2017,55(7):55-60.

[10]高貞,王娟,張宏濤,等.三維治療計劃系統(tǒng)模擬不同活度125I粒子植入腫瘤靶區(qū)內(nèi)外的劑量分布[J].中華實驗外科雜志,2013,30(1):131.

[11]湯曉斌,陳飛達,謝芹,等.不同人體組織中192Ir,125I粒子源的劑量分布研究[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2011,28(6):2971-2975.

[12]黃海,徐紹年,杜振廣,等.組織間125I放射粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療胸腰椎轉(zhuǎn)移瘤的價值[J].中華腫瘤雜志,2014,36(3):228-231.

[13]Wang S,Shi G,Meng X.Clinical curative effect of percutaneous vertebroplasty combined with125I-seed implantation in treating spinal metastatic tumor[J].Pak J Pharm Sci,2015,28(3 Suppl):1039-1042.

[14]謝小西,呂銀祥,季勇,等.CT引導(dǎo)下經(jīng)皮椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療累及椎管的椎體轉(zhuǎn)移瘤23例[J].介入放射學(xué)雜志,2014,23(3):226-230.

[15]楊輝,何仕誠,郭金和,等.經(jīng)皮椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療累及附件的胸腰椎轉(zhuǎn)移瘤[J].東南大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2016,35(5):683-687.

[16]隋愛霞,于慧敏,張宏濤,等.治療計劃系統(tǒng)模擬125I粒子周邊與中心分布劑量對比研究[J].介入放射學(xué)雜志,2015,24(5):422-425.

[17]馬旺扣,許運龍,山常起,等.125I種子源治療前后周圍輻射劑量監(jiān)測[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志,2003,23(1):52-53.

[18]謝小西,呂銀祥,章國東,等.CT引導(dǎo)下經(jīng)皮椎體成形術(shù)聯(lián)合125I粒子植入治療頸椎及上胸椎轉(zhuǎn)移瘤[J].影像診斷與介入放射學(xué),2015,24(6):450-454.

[19]肖全平,吳春根,王濤,等.125I粒子植入聯(lián)合經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療累及硬膜囊脊椎轉(zhuǎn)移瘤[J].介入放射學(xué)雜志,2014,23(12):1052-1055.

[20]蔡越飛,鐘勝,冼重楊,等.125I放射性粒子植入術(shù)聯(lián)合椎體成形術(shù)治療椎體轉(zhuǎn)移性腫瘤的臨床應(yīng)用研究[J].中國醫(yī)師進修雜志,2013,36(8):33-36.