为了研究用于血管内放疗的放射性核素的深部剂量特点, Nath设想用低能光子及高能电子可能达到血管腔内近距离治疗要求的穿透深度。用光子和电子辐射的半径剂量函数, 计算在水中1~10 mm的剂量, 并用Monte Carlo公式进行模拟计算。半径剂量函数的标准化参考深度选择在2 mm。测定了¹⁹²Ir、¹²⁵I、¹⁰³Pd的γ线, 及⁹⁰Sr、⁹⁰Y、³²P、¹⁸⁸Re的β线。结果认为光子能量在20keV以上, 电子能量在1.0MeV以上, 均可以做为血管内近距离治疗的放射源, 二者均可达到需要的穿透深度。

1 γ射线与β射线的优缺点

比较γ射线与β射线的优缺点, 最主要的要看给予动脉管壁适宜的放射剂量和治疗所用时间, 而这两点又与放射源活性强度与剂量率有一定关系。Jani对γ线与β线的比较首先将处方剂量点定在距源中心1.5 mm处, 此点的标准剂量为100%。尽管人冠状动脉可因疾病状况不同而使管径不同, 但这在文献中都规定为管腔直径3 mm, 如果源在管腔中心, 在动脉壁内2 mm的一点, 即距源中心3.5 mm处, ¹⁹²Ir的深部剂量是37%, 而对β源的剂量只有10%~20%。如果动脉壁内2 mm深处得到10Gy的剂量, 距离放射源1.5 mm处的剂量γ源和β源都会有明显不同, ¹⁹²Ir源为27Gy, 而β源³²P在管腔表面却是100Gy。使用β源如³²P包裹的放射性支架, 其动脉壁中的剂量变化梯度也十分显著。β源的好处是有比γ源高得多的活性, 使其在离源2mm处的剂量率达到2~5 Gy min, 明显缩短了治疗时间, 但如果用¹⁹²Ir的γ源, 其照射时间要比⁹⁰Sr多5~10倍。此外β源容易防护, 半衰期长, 都比γ源突出。β源粒子辐射范围一般只有5~8 mm, 因此用活性低于3 700Bq的HDR给予血管壁2 ~3 mm距离8~20 Gy时只需几分钟, 在冠状动脉成形术(PTCA)时放疗只用较短的时间非常重要。且在3~4 mm以外剂量迅速下降, 保护了周围的正常组织。但至今使用β源最适宜的剂量还不清楚, 直到现在临床研究的都是抑制再狭窄时动脉壁所需的最低剂量。⁹⁰Sr、⁹⁰Y、³²P最大的β线能量是1.7~2.3 MeV, 可以充分治疗到中膜, 如果还需要在靶体积中包括外膜, 这些放射源就不是适宜的选择。现在已经研究的一个液体β源最大能量是3.5~4 MeV。现在β源都不能用于治疗周缘血管或动静脉吻合瘘, 这些血管管腔是4~12 mm。如果管腔直径6 mm, 用¹⁹²Ir源时进入管壁1 mm深处和管表面要求剂量分别为18Gy和24Gy; 而用⁹⁰Sr的β源, 则分别是30Gy和65Gy。β源的剂量测定和剂量计算公式还没有形成规范和标准。美国国家标准和技术研究所(NIST)正在制定液体放射性核素的吸收剂量标准, 以便用于充液球囊。

γ源则有较好的进展、源强、剂量率等均较规范。但γ源可能给予靶体积以外正常组织较高的剂量, 而且对工作人员的安全形成威胁。用后装¹⁹²Ir源活度[1.85 ×10¹⁰~3.7 ×10¹⁰ Bq (0.5~1.0Ci)], 治疗时间需10~20 min.。这些治疗方式可能更适合治疗外周血管及动静脉吻合口狭窄。

总之, 在临床实验中至今无法得出γ源与β源谁更好的结论, 对不同的治疗情况可能需不同的放射源。

2 研究的前景

据美国近距离治疗协会(ABS)的意见, 放射治疗专家与心血管介入治疗专家都有这样的看法, 即理想的施用系统尚未发明, 而且理想的放射性核素也不是目前使用的。ABS推荐进一步研究较高能量的β放射线铑-106(rhodium), 它的β射线能量为3.5MeV; 或者用较低能量的γ源, 具有高特殊活性的钇-169 (ytterbium)。同时还要研制新的移动后装机, 使用新的放射性核素源, 这些源应当体积小, 不需特殊防护, 而且不需经常换源。后装机小型化, 易移动而且可以手动。另外一个可能是研制小型天然X射线发生器, 使之能在血管造影导管中运行。这项研究成果肯定会减少某些防护需要及环境中人员受到辐射的危险。导管内放疗的施用系统还有待发展, 特别是用于大血管内近距离治疗, 需精心设计保持中心位置。

需进一步实验计算剂量的精确性以及在组织中的剂量分布。注意纠正不同大小血管中的内在不均匀因素, 如偏位、钙化斑块、施用系统的可变性等。用IVUS可以使3-D剂量重建, 这是血管内近距离治疗成功的基础。