根据治疗前列腺癌的3-DTPS治疗计划, 研究放射性¹²⁵I粒籽源植入前列腺癌后的剂量及剂量分布。本研究采用热释光剂量学方法(1, 2), 应用前列腺癌等效模型, 对¹²⁵I粒籽源植入数量, 活度和空间位置分布进行临床模拟, 为临床近距离治疗提供科学的剂量依据。现将部分实验结果报道如下。

1 材料 1.1 ¹²⁵I粒子源

型号: BT-125-1;平均能量: 27 keV; 规格:直径0.8 mm, 长4.5 mm, (北京森科医药有限公司提供)。

1.2 TPS治疗计划

(图 2和图 3所示), (北京森科医药有限公司提供)。

1.3 方片热释光剂量计

3 mm ×3 mm×0.4 mm由中国人民解放军防化兵研究院研制生产。玻璃管热释光剂量计(直径1 mm长5.3 mm)由放射医学研究所研制生产。(以下简称:方片和玻璃管)

1.4 热释光剂量仪

FJ-427A1微电脑热释光测量仪(北京核仪器厂)。

1.5 实验体摸

图 1所示(等效前列腺癌模型)。

2 方法 2.1 能量刻度和剂量标定

用国家标准刻度和标定热释光探测器, X射线管电压分别为60 kVp和130 kVp, 其有效能量为30 keV, 60 keV (中国计量科学院辐射剂量处), ²⁴¹Am标准刻度源(放射所), 其γ能量为59.5 keV, 分别对方片和玻璃管热释光探测器进行能量刻度和剂量标定, 实验步骤:在同批方片和玻璃管探测器中随机抽取40枚, 分成四组(每组10枚)。一组为本底, 另三组分别用30 keV, 60 keV的X射线和²⁴¹Am标准源进行照射, 方片需计算单片刻度系数K (计数/C.kg^-1)。玻璃管需计算平均刻度系数K(计数/C.kg^-1)。

2.2 实验体摸(等效前列腺癌模型) ^[3]

采用(International Commission on Radiation Units and Measurements国际辐射单位与测量委员会) ICRU44号报告规定的组织等效材料。研制了7种组织等效材料, 其CT值分别为1, 10, 40, 50, 60, 70和80, 均加工成同一尺寸的组织等效模型(直径50 mm, 高15 mm)。选用CT值为1的模型为前列腺癌模型。

(1) 研究¹²⁵I粒子源在不同CT材料中的剂量分布。在7种组织等效模型上等距离钻孔, 孔径1 mm, 孔深4 mm, 孔距5 mm(图 1所示)。实验前将玻璃管探测器分别插入不同距离孔内(0, 5, 10, 15和20 mm)。再将¹²⁵I粒子插入中心孔, 照射1 h, 取出粒子源, 测量玻璃管探测器, 实测值为X (计数)。分别测出7种组织等效模型, 不同距离的剂量分布。用粒子源表面(0 mm)的吸收剂量对各点进行归一。

(2) 测量单颗¹²⁵I粒子源的剂量分布^[4]。在前列腺癌模型中心加工一方孔(3 mm×3 mm ×3 mm), 在距中心5, 10, 15和20 mm处, 分别再加工4个方孔(3 mm ×3 mm×0.4 mm)。实验前将6枚方片探测器按编号重叠放入中心方孔内, 用方片厚度代表不同距离(0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2 mm), 再在5; 10; 15和20 mm的方孔内放一枚探测器。照射时将¹²⁵I粒子源插入中心孔内, 紧靠第一枚探测器, 照射1 h, 取出粒子源, 按编号测量探测器, 实测值为X (计数)。由公式(1)获得不同距离处的吸收剂量。

(3) 研究前列腺癌的剂量分布^[5]。实验前先将玻璃管探测器插入监测点孔内, 按TPS规定位置再将¹²⁵I粒子源按顺序插入孔内, 照射1 h, 取出粒子源, 测量玻璃管探测器, 实测值为X (计数)。由公式(1)获得监测点的吸收剂量。再由公式(2)推算监测点, 三个半衰期后的吸收剂量结果。

(1)

式中, D : (单位: Gy)。X :玻璃管或方片探测器实测值(单位:计数)。K :刻度系数(单位:计数/C.kg^-1)。f :吸收剂量转换因子(3.6 ×10⁴ mGy/C.kg^-1)

(2)

积分式中D_3T :表示监测点三个半衰期的累积吸收剂量结果(单位: Gy)。T :为¹²⁵I半衰期(60.1 h)。e^-λt:指数函数。

2.3 实验模拟TPS治疗计划

假设前列腺癌直径为50mm(球型)。由TPS可知(北京森科医药有限公司提供)。TPS进针位置及数量, 由图 2所示(俯视图, 29针), 粒子源植入位置, 由图 3所示(侧视图)。

实验前对图 3进行分层, 由下到上每层5 mm, 共分为9层。从第一层(5~10 mm)到第9层(45~50 mm), 每层粒子数分别为6, 3, 12, 3, 16, 3, 14, 5和8共70颗。模拟实验时, 前列腺癌模型的分层; 粒子数和植入位置与TPS(图 2和图 3)完全一样。采用玻璃管探测器实测粒子源在模型中的剂量及剂量分布。

3 结果 3.1 ¹²⁵I粒子源在不同CT材料中的剂量分布

在CT值分别为1, 10, 40, 50, 60, 70和80的组织等效模型中, 按方法2.2(1)实测了距粒子源0, 5, 10, 15和20 mm处剂量, 用0 mm处剂量值对各点剂量进行归一, 相对吸收剂量如图 4所示, 在不同CT材料中, CT值越高, 其材料的密度越大与射线的作用几率越大, 相对剂量越低。

3.2 单颗¹²⁵I粒子源表面剂量分布

当粒子源活度为11.1 ×10⁶ Bq(0.3 mCi)时, 按方法2.2(2)实测了粒子源表面0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6和2 mm处剂量, 其结果分别为20.2, 10.2, 7, 5, 3.6和2.6 cGy/h。在5; 10和20 mm处剂量, 分别为0.8, 0.24和0.06 cGy/h。由图 5结果可知, ¹²⁵I粒子源表面剂量最高, 随距离增加剂量迅速下降。

3.3 ¹²⁵I粒子源在前列腺癌中的剂量分布

当前列腺直径为50 mm时, 根据TPS计划^[6], 三个半衰期后瘤内的处方剂量应为145 Gy, 需植入粒子70颗, 每颗粒子的活度为1.85(1 ±0.5 %)×10⁷Bq[0.5(1 ±1.5 %) mCi], 图 6和图 8所示TPS布放粒子数的两种极端情况, 分别为3和16颗粒子。

临床模拟实验, 前列腺癌模型的直径为50 mm, 粒子源的布放数量和位置与TPS完全相同(图 2和图 3)。在全瘤内设置了近250个剂量监测点, 距粒子源最近距离5 mm, 最远25 mm。下面以4层(轴向距离20~25 mm)和5层(轴向距离25~30 mm)为例进行分析。

由4层实测结果可知, 由于粒子源分布极不均匀(图 6), 肿瘤中心剂量实测为0.23 cGy/h。当粒子间距40 mm时, 在间距中心处, 剂量为0.24 cGy/h, 瘤内剂量分布极不均匀(图 7)。实测5层结果可知, 当粒子源间距10mm均匀分布在瘤内时(图 8), 瘤中心剂量为2.45 cGy/h, 是4层中心剂量的10倍多, 在5层剂量分布较均匀, 但瘤边缘剂量较低仅为0.94 cGy/h(图 9)。

由图 7和图 9(实验)剂量曲线可知, 在瘤内粒子源布放间距越小剂量越高, 相反剂量则越低。由积分公式(2)计算三个半衰期后, 在4层瘤中心剂量为12 Gy(图 6)。在5层瘤中心剂量为121 Gy, 瘤边缘最低剂量为47 Gy。由推算结果可知, 全瘤内的250个剂量监测点, 均未达到TPS要求的处方剂量145 Gy。

结论: ¹²⁵I粒子源治疗实体瘤是在不均匀剂量模式下受照, 与粒子源布放数量和位置有直接关系。在肿瘤内粒子源的间距是剂量衰减的重要物理因素。粒子源表面剂量最高, 随距离增加剂量迅速下降, 其剂量主要集中在粒子源周围2 mm范围内。

因此, 除了考虑粒子源种类和活度外, 准确合理的布放每颗粒子源, 是临床评价近距离治疗实体瘤的剂量分布前提。在植入粒子源时, 还应考虑粒子是否偏离了原设计位置, 是否规避紧要器官, 均会给剂量带来较大的不确定度, 直接影响瘤内剂量分布关系到患者的治疗效果和安全。

4 讨论

(1) 实验可知, 材料的CT值越高, 即密度越大与射线的作用几率越大, 相对吸收剂量越低。所以在TPS的剂量评估系统中, 将各类肿瘤的密度均假设为水(CT值为1)进行剂量评估时与实际受照剂量存在差异。

(2) 当粒子源活度为1.85 ×10⁷Bq(0.5mCi)时, 在肿瘤模型内粒子源间距为10 mm均匀分布时(见图 8), 在两粒子源间5 mm处, 不能接受均匀足够剂量照射(见图 9), 虽然粒子源可以随着肿瘤萎缩而逐渐集中, 使两粒子源间5mm处的剂量得到提升。(3)模拟测量瘤内剂量时, 未考虑相邻层粒子源对其剂量的贡献。

(感谢: 北京森科医药有限公司提供的¹²⁵I粒子源和TPS治疗计划。)