近年来, 我国冠心病的发病率成上升趋势, 冠状动脉成型术(PTCA)的开展使冠心病治疗上升到一个新阶段, 但再狭窄(Restenosis, RS)的高发生又是困扰临床治疗的一个难题。因而寻求一种能有效防治冠脉再狭窄的方法, 已成为当今心血管疾病研究的重要课题。血管内近距离放射治疗(brachytherapy, BT), 在治疗冠脉再狭窄上有了突破性进展。虽然我国开展PTCA和血管内支架术已多年, 但在BT再狭窄方面还属起步阶段。从动物实验和临床研究证明^[1], BT能有效的防止冠状动脉再狭窄。

本研究采用计算机模拟和热释光剂量学方法, 研究³²P球囊抑制血管再狭窄的电离辐射剂量。现将部分研究结果报道如下。

1 材料 1.1 ³²P液体球囊(以下简称球囊)

规格:直径2.5 mm长20 mm和直径3.0 mm长20 mm。

1.2 等效材料

采用ICRU 44号报告规定的肌肉组织等效材料(密度:1.04 g/cm³)代替血管壁, 其CT值与人体肌肉组织相同^[2]。

1.3 裸LiF(Mg, Cu, P)热释光剂量计(TLD)

采用了粉末TLD和方片TLD(3 mm ×3 mm ×0.2 mm和1 mm×1 mm×1mm)。

1.4 国产FJ -427A1微电脑热释光测量仪 1.5 标准刻度源²⁴¹Am 2 方法 2.1 实验模拟

首先对方片TLD进行编号并注明上下方向。方片和粉末均经245 ℃, 15 min退火处理后, 用²⁴¹Am源进行刻度并计算出刻度系数K(计数/C· kg^-1), 方片需计算单片刻度系数K(计数/C·kg^-1)。

等效血管1 :在方块肌肉等效材料上加工一方槽(25mm×5mm ×5mm)。实验时将退火后的方片按编号径向排列在方槽内, 照射时将充满³²P放射性液体球囊平放在方片上, 再盖上另一块肌肉等效材料。照射1 min取出球囊, 按编号测量TLD, 实测值为R(计数)。

等效血管2 :在方块肌肉等效材料上加工一圆孔(长度25 mm, 直径3.2 mm), 平分成两个半圆槽, 将退火后的粉末80 mg均匀铺在圆槽内, 照射时将球囊平放在粉末上, 再盖上另一半圆槽。照射1 min取出球囊, 混匀粉末后分7次测量取平均值为实测值R(计数)

由公式(1)计算出吸收剂量D。

(1)

式中, R :TLD实测值(计数); K:刻度系数(计数/C·kg^-1); f:吸收剂量转换因子(3.6 ×10⁴mGy/C· kg^-1)。

2.2 计算机模拟^{[3, 4]}

假设³²P液体源均匀分布在球囊内, 当球囊充满³²P放射性液体后, 数学模型为圆柱型。采用Loervinger计算β射线吸收剂量的经典公式^[5], 应用Visual basic 6.0语言编写应用程序, 计算靶血管壁轴向和径向剂量分布。

(1)

式中, A :³²P球囊活度(Bq); T₁:射线对能量吸收的贡献; T₂ :散射粒子对能量吸收的贡献; r :距源的质量距离(g/cm²); υ:β射线的表观吸收系数(cm²/g); c:与β粒子最大能量有关的无量纲参数; E :β粒子平均能量(0.695 MeV); E_m :β粒子最大能量(1.72 MeV); e=2.718;k =4.59 ×10^-8ρ²υ³E a; ; a =[3c²-e(c²-1)]^-1; 当吸收介质是软组织时c=1。计算血管内的剂量分布。

3 结果 3.1 球囊表面轴向剂量分布

当(直径3.0 mm长20mm)球囊活度为451 MBq, 压力为0.8 MPa时。用粉末实测球囊外表面轴向剂量分布(见图 1.a), 每次可分样7次, 取平均值为5.0 ±5.5 %(Gy/min)。

采用Loervinger公式计算。以球囊外表面中心为坐标零点, 选择7个计算点, 计算球囊外表面轴向剂量分布, 结果见表 1。取平均值为4.88 ±19 % (Gy/min)。

3.2 球囊表面径向剂量分布^{[6, 7]}

将方片10片重叠放在等效血管内(见图 1.b)。每一方片厚度代表一径向深度, 取方片厚度的上表面为参考剂量点。当(直径2.5 mm长20 mm)球囊活度为451MBq, 球囊内压力为0.8 MPa时, 在球囊外表面不同径向剂量分布(见图 2, 实验值)。用Loervinger公式计算, 剂量参考点也选在径向0.2 mm处。由图 2理论结果可知与实验值较一致, 分别为4.65和4.70 Gy/min, 但随径向距离增加两条曲线间的差异也随之增大

根据Mcgoron等人^[8]的研究报道, 应用¹⁸⁸Re液体球囊进行了实验和计算机模拟, 选择的剂量参考点为球囊外表面径向0.5 mm处。也有文献报道^{[9, 10]}在血管内近距离放射治疗时剂量参考点应选在血管壁外膜。当(直径3 mm, 长20mm)球囊活度90 MBq, 压力0.8 MPa时, 我们比较了球囊外表面径向0和0.5 mm处的实验和Loervinger公式计算, 结果见表 2。

3.3 气泡对靶血管壁吸收剂量的影响

当³²P源注入球囊后常有气泡存在。当(直径2.5 mm, 长20mm)球囊活度26.3MBq, 压力0.8MPa时, 用直尺量出气泡轴向直径为1.5 mm, 靠球囊右侧(见示图 3)。用方片(1mm×1mm ×1mm)20片, 实测气泡对靶血管剂量的影响, 将所测结果进行中心点归一。结果发现(见图 4, 实验值), 平均值为0.98 Gy/min, 气泡位置处的最低值为0.73 Gy/min。气泡越大对剂量影响越大。

用Loervinger经典公式, 计算气泡对靶血管壁吸收剂量的影响。计算时假设气泡靠球囊中心, 轴向直径为1.6 mm, 将计算值用中心点归一, 结果发现(见图 4, 理论值), 平均值为1.30 Gy/min, 有气泡的中心点最低值为1.0 Gy/min, 也明显低于平均值。在图 4中理论值与实验值相比发现, 实验值曲线的平滑度更接近实际。

4 讨论

本研究的实验系统误差在10 %以内。用Loervinger经典公式计算时, 假设血管壁为水密度。另外, 未考虑球囊壁厚(0.05mm), 均是造成两种方法结果差异的原因。

由实验和Loervinger经典公式计算结果可知, 球囊外表面不同径向剂量分布相差较大。在血管内近距离治疗中, 以何处为剂量参考点, 目前国内未统一, 有待进一步探索和临床认可。研究发现, 血管壁的吸收剂量还与球囊活度, 压力, 气泡, 球囊内导管的偏离程度, 照射位置和照射时间有关。在临床研究和应用中应考虑上述因素对剂量的影响, 否则会给剂量带来较大的不确定度, 影响患者治疗效果。