通过增加粒子源数量提高骨水泥包裹后125I粒子表面放射活度的可行性研究

吴梅祥，陈翠玲，符乙敏，郭倞，尹知训，何二兴，陈 萍，白 波

作为一种新的肿瘤治疗手段，125I粒子植入内放射治疗技术近年来受到广泛关注，其与经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty，PVP）联合使用既解决了脊柱的稳定性问题，也达到了灭活肿瘤的目的，在治疗椎体转移瘤方面有一定疗效[1-3]。笔者在前期的实验研究中发现，骨水泥完全包裹产生的阻挡效应使植入的125I粒子失去有效的内放疗作用[4]。能否通过增加粒子源数量来消除骨水泥的阻挡效应，进而提高模型表面的有效放射活度？为解决这一问题，我们设计了不同数量125I粒子被骨水泥完全包裹的实验模型，观察增加粒子数量后模型表面放射活度的变化，探讨这一方法的可行性，为PVP联合125I粒子植入治疗脊椎转移癌提供基础研究依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料和仪器

125I密封籽源（北京智博生物技术有限公司）：物理半衰期（Tl/2）：60.1 d；单粒子表面活度（出厂活度）：0.7 mCi；能量特征：27.4、31.4和35.5 KeV，半价层：0.025 Bp。PVP穿刺工具包（上海凯利泰公司）包括13 g穿刺针、套筒、推杆；OSTEOPAL®V聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）骨水泥：购自德国Heraeus Medical GmbH公司，主要成分为丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯聚合物、二氧化锆和甲基丙烯酸甲酯。CRC-15R放射核素活度检测仪（CAPINTEC公司，美国）：分辨率0.01 μCi，精确度（1～2）% ± 1%，重复性测量误差≤±0.5%。

1.2 实验方法

选取内径为1 cm的高分子聚乙烯管，截取15段高度为1 cm的管圈，随机分为A、B、C 3组，每组5个管圈。将3组管圈逐个固定在操作台上，穿刺针以机械臂固定垂直置于管圈中央，深度为2.5 mm。

将90枚粒子随机装入9个弹夹中，每10枚粒子1个弹夹。将弹夹装配至粒子植入枪中，根据A、B、C 3组模型所需包裹粒子数的不同，弹射相应数量的粒子（分别为2、6、10枚），并将粒子放入小槽箱内，送至放射核素活度检测仪圆筒探头内，测量每组粒子的表面放射总活度，主机设置为125I核素测量模式。测量完毕后将粒子重新放回空弹夹中。

调制PMMA骨水泥，将其填满管圈。待水泥呈拉丝后期，将之前分组测量的粒子分别通过植入枪和粒子针，将粒子推入相应管圈骨水泥的中央。拔出粒子针和穿刺针套筒，粒子即被包裹于中央，待PMMA发热硬化后，将骨水泥圆柱体从管圈中取出，125I粒子被PMMA包裹的圆柱体实验模型制作完毕。将3组模型分别置于放射核素活度检测仪内，测量其表面放射活度，计算包裹后表面活度衰减率（为包裹前后差值占包裹前值的百分率）。

1.3 统计学方法

应用SPSS 16.0统计软件进行分析。所有计量资料应用正态分布检验，符合者以均数±标准差（±s）表示，3组间衰减率比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用Bonferronni法；包裹前后放射活度比较采用配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

如表1所示，3组模型被骨水泥包裹后表面放射活度均存在明显衰减，差异具有统计学意义（P＜0.05）；包裹后表面放射活度衰减率3组之间存在明显差异，随着包裹粒子数量的增加，衰减率呈下降趋势（P＜0.05）。

3 讨论

椎体成形术联合125I粒子植入近距离放射是治疗脊柱转移癌的有效方法，具有微创、安全、并发症少等优点。125I粒子内放疗一般要求椎体转移癌患者肿瘤区匹配周缘的有效处方剂量为90～140 Gy[5]，剂量过低无法达到控制和杀死肿瘤细胞的目的，过高则会导致周围邻近组织的放射性副损伤。应用放射性粒子肿瘤根治剂量的精确性应好于±5%[6]，否则将导致肿瘤失控。一项前列腺癌周边剂量与疗效相关性的研究发现，有效吸收剂量＞200 Gy时患者10年生存率为92%，140～160 Gy时为85.5%，＜100 Gy时为46%[7]。由此可见，125I粒子植入内放射治疗成功与否，在很大程度上取决于靶区吸收剂量的精确度，而这种精确度受靶区范围、粒子分布和粒子活度等多种因素影响[8-10]。

汤晓斌等[11]对人体不同组织中粒子源的剂量分布进行研究，指出在骨组织等效体模中，其径向剂量函数随距离增大而下降的幅度较其他软组织更为明显，可见粒子射线穿过骨组织时衰减更快。此外，由于椎体毗邻血管、神经和脊髓等重要组织结构，穿刺布针和填充骨水泥的可操作空间非常有限，骨水泥在椎体内的弥散常不能精确控制，植入125I粒子被骨水泥不同程度的包裹在所难免，椎体内肿瘤病灶区匹配的有效放射吸收剂量也因此被削弱。笔者在研究骨水泥对125I粒子射线影响的实验中也发现，骨水泥完全包裹125I粒子后将对粒子产生明显的阻挡效应，随着骨水泥厚度的增加，这种阻挡效应会有所增强[4]。

而目前在具体实施放疗时，并没有专门用于骨肿瘤125I粒子手术引导的治疗计划系统（treatment planning system，TPS）及相关指南，医师通常参照实体肿瘤TPS指导125I粒子的植入，依靠自身经验填充骨水泥，并未考虑骨水泥对粒子射线的阻挡效应，也未评估骨组织与软组织之间在粒子射线吸收能力方面的区别[12-15]。显然，这种将骨水泥和骨组织对粒子射线放射效应影响忽略不计的治疗计划，将会导致肿瘤病灶内放射吸收剂量的下降。能否通过增加粒子源数量来抵销骨水泥对粒子射线的阻挡效应，从而修正骨肿瘤TPS的处方剂量，这一问题非常值得探讨。隋爱霞等[16]的研究结果显示，通过增加中心粒子源数量可以提高粒子周边的放射剂量；本研究结果亦表明，随着中心粒子源数量增多，模型表面的放射活度随之增加，同时粒子射线的衰减率随之下降。因此从理论上讲，可通过增加粒子源的数量来提高骨水泥包裹125I粒子模型表面的放射活度，达到肿瘤靶区有效的放射吸收剂量。

表1 3组125I粒子包裹前后表面活度及衰减率（-x ± s）

但事实并非如此，其原因在于粒子γ射线通过骨水泥时衰减程度太严重，中心粒子源数量也不可能无限增加，因此难以达到有效处方剂量。众所周知，随着辐射半径的增加，距离粒子源中心越远，其放射强度越弱。单枚125I粒子有效放射活度的辐射半径一般在8～9 mm左右，本研究选择有效辐射半径的中间值5 mm厚骨水泥作为实验对象。实验中发现，3组模型粒子射线被厚度5 mm骨水泥阻挡后，其衰减率均达到95%以上，辐射剂量衰减程度已然达到防护衣的阻挡水平[17]。C组中心粒子源数量虽较A组提高了5倍，但放射活度平均衰减率仅改善3.85%，虽有统计学差异，但其平均95.11%的衰减率仍然在防护衣对射线90%～99%的屏蔽水平，没有任何治疗意义；而通过减少骨水泥的厚度，自然可以降低其对粒子射线的阻挡效应[4]，但实际操作中骨水泥包裹粒子的厚度根本无法控制，无法达到放射性粒子肿瘤根治剂量的高精准度要求。因此，试图通过增加中心粒子源的数量和减少骨水泥厚度来提高表面放射活度，进而达到肿瘤靶区有效的放射剂量是不可行的。

尽管无法通过增加粒子源数量修正椎体转移瘤TPS的处方剂量，但研究者仍进行了大量有意义的尝试。谢小西等[18]建议将粒子植入位置与骨水泥填充位置适当分开，以免粒子被骨水泥淹没，影响粒子的内放疗作用；肖全平等[19]于植入粒子前先行填充骨水泥，在骨水泥无法达到的区域有计划地植入125I粒子；蔡越飞等[20]则采用时间错开的方法，在粒子植入术后2个月再行经皮椎体成形术，以避免骨水泥对粒子的分布和效果造成影响。以上临床研究均考虑到了骨水泥对粒子射线的影响，建议骨水泥与粒子分开放置，但并未对影响程度进行深入探究。目前这一技术仍然需要进一步研究，确定合理的骨水泥填充位置和粒子布源模式，建立适合PVP联合粒子治疗的肿瘤分型和手术引导TPS，以有效发挥骨水泥局部稳定支撑和粒子持续内放疗的技术互补优势。

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