血管成形术是一种治疗冠状动脉狭窄的常规而有效的方法, 但是术后高达35%~40%的再狭窄率限制了它的进一步使用^[1]。世界各国科学家做了200多个独立的试验来寻找降低血管内再狭窄的方法, 除了腔内近距离放射治疗对抑制再狭窄有一定的疗效, 其他的方法(包括药物)到目前为止都没有疗效^[2]。装有液体β源的球囊是放射性治疗再狭窄的一种方法。但是我们发现用放射性液体球囊治疗再狭窄时, 从血管的切入口开始到冠状动脉结束这一段的正常血管内也同样存在着剂量照射。本文用剂量点核函数估算了直径为20 mm, 半径为1.5 mm球囊充满放射性液体后, 在导管内的放射性液体对正常血管组织的剂量分布。

1 材料和方法

我们估算了³²P、⁹⁰Y、¹⁸⁸Re 3种常用的β发射体核素对正常血管的剂量分布。3种核素的基本特性列在表 1中。

剂量点核函数用经典的Loervinger公式^[3], 用Visual Basic 6.0语言编写的程序来计算剂量。

(1)

其中T₁表示原射线对能量吸收的贡献; T₂表示散射线对能量吸收的贡献; A是β源活度(Bq); k是归一化系数; c是无量纲系数, 值与β射线最大能量有关; r是距离点源的质量距离(g·cm^-2); v是β射线的表现吸收系数(cm²·g^-1)。

假设放射性核素均匀分布在球囊和导管中, 并采用计算机模拟的蒙特卡罗方法^{[4, 5]}。球囊使用长度为20 mm, 半径为1.5 mm, 体积为0.141 ml的型号, 它充满放射性液体后模拟成圆柱形。导管是一根中空的管, 内径为0.5 mm, 在治疗时, 里面充满了放射性液体。导管壁材料的大部分是金属, 但是在它的末端(即连接球囊的一端)有20 cm长的软性材料组成。处于金属管壁的那一部分血管组织, 由于金属的吸收, 放射源对血管的照射剂量很小, 基本可以忽略^[6]。而由软性材料做成的管壁部分, 里面的放射源对血管组织、血液照射较大, 正确估算这部分组织的剂量, 对治疗的顺利完成, 以及观察日后放射照射对人体的长期影响是有意义的。估算时, 将血管组织、血液和管壁的软性材料都模拟成水。为了比较方便, 导管模拟成半径为0.5 mm, 长度为20 mm的圆柱形。

2 结果

计算结果分别列于图 1、图 2、表 2中。图 1给出了放射性核素³²P用公式(1)计算的剂量率在血管组织中的分布, 计算原点在血管的中心轴上, 计算平面在圆柱形的纵向中心剖面上。图中有两条曲线, 上面一条描述球囊内的放射性核素对血管组织的剂量率分布, 计算点从球囊的表面开始, 可以看到, 开始时射线衰减很快, 到距离轴2 mm (即距离球囊表面0.5 mm处)时, 剂量率差不多已衰减了一半, 以后衰减逐渐平缓, 到6 mm处时, 剂量率接近为零。下面一条曲线描述导管内的核素对组织的剂量率分布, 计算点从0.5 mm开始, 0.5~1.5 mm内的组织是血液, 1.5 mm以后与球囊的相同。¹⁸⁸Re和⁹⁰Y的情况与³²P相似, 这里就不重复讨论了。

图 2给出了3种放射性核素在球囊里和导管里时对周围组织的剂量率分布之比, 在整个经向距离范围内, 导管内核素引起的剂量大约是球囊的1/10, 说明导管内核素对血管和血管组织也造成一定的剂量。

表 2给出了导管周围组织在AAPM 60号^[1]报告建议的剂量参考点受到推荐剂量20 Gy的照射时受到的剂量, AAPM的剂量参考点在距离血管轴2 mm的地方(即球囊表面0.5 mm处)。3种核素的情况大致相当, 这里以³²P为代表讨论。在经向距离0.6~1.5 mm之间是血管中的血液组织, 受到的剂量最大, 在距离导管表面0.1 mm处达到12.9 Gy, 到血管内膜处(即1.5mm处)剂量最小, 也达到3.23 Gy, 血液的平均剂量为5.36 Gy。血管壁(经向距离0.15~0.25 mm之间)的最高剂量、最低剂量分别为3.23、1.03 Gy, 平均剂量为1.62 Gy。血管壁外的组织, 最大剂量小于1.03 Gy, 影响最小。

3 讨论

冠状动脉血管内近距离放射治疗有3种方式:放射性支架, 放射性线源或籽源和放射性液体球囊。其中放射性液体球囊相比另两种方式有三个优势:放射源定位准确、血管壁的剂量分布均匀、治疗费用低。它在治疗冠状动脉再狭窄的领域里越来越受到重视。

放射性液体球囊也存在着一些问题。球囊有破裂的风险, 一旦破裂, 放射性核素可能进入病人的血管内, 给病人带来不必要的照射, 也会对操作人员带来不必要的照射。

从血管的切入口开始到冠状动脉结束这一段的正常血管的导管内也与球囊一样充满了放射性液体, 在治疗冠状动脉再狭窄部位的同时, 正常血管也受到一定剂量的照射。血管的切入口一般在股动脉, 这里到冠状动脉之间距离非常长, 经过了一些重要器官和组织, 对它们的有效防护是治疗得以进行的关键。导管的大部分材料是金属材料制成, 这部分对正常血管的照射剂量比较小, 本文没有对它们进行计算。而由软性材料做成的管壁部分, 剂量就相对大, 血管内血液的平均剂量达到5.36 Gy, 血管壁的平均剂量也有1.62 Gy。文献[7]报道, 外照射治疗胸部恶性肿瘤时, 受照部位的动脉会生动脉病和心肌及动脉壁软组织肉瘤, 那么球囊近距离放射治疗是否会引起这种病?这需要经过临床上长期观察才能确定。因此, 我们认为将放射性液体球囊应用到临床上时, 应充分考虑对放射性核素对正常血管的照射以及由此而引起的短期和远期辐射效应。