2025, Vol. 45
2. 胜利油田中心医院医学影像科，东营 257099;
3. 河北省人民医院肿瘤科，石家庄 050051;
4. 安徽大学人工智能学院，合肥 230601
2. Department of Radiology, Shengli Oilfield Central Hospital, Dongying 257099, China;
3. Department of Oncologyy, People ' s Hospital of Hebei Province, Shijiazhuang 050051, China;
4. School of Artificial Intelligence, Anhui University, Hefei 230601, China
125I永久性植入属于近距离治疗范畴，其半衰期为59.4 d，光子能量27~35 keV[1]，疗效和并发症的评价须遵循放疗的剂量学原则。治疗计划系统(TPS)作为一种直观显示、交互式的工具辅助医生和物理师制定术前计划、指导术中精准实施并通过术后验证进行评估[2]。然而，干扰因素多、可重复性差、操作者个体差异等问题使得TPS剂量与真实剂量难以对等，特别是随着治疗显效后肿瘤体积、周围组织创伤性水肿及粒子空间位置的改变，导致TPS并不能实时反映剂量的客观真实情况。单光子发射计算机体层成像(SPECT)/CT很好地融合了SPECT定量分析、功能学成像和CT可提供的组织密度与解剖信息的优点，其探测到放射性核素释放的γ射线的强度可以用放射性计数值来量化[3]。目前有关于SPECT/CT探测放射性粒子植入术后放射性计数值与剂量关联的文章报道较少。
本研究旨在通过建立125I粒子特定数量、标准摆放的模型，将SPECT/CT扫描所得客观的光子计数值与模型TPS的剂量值相对应，以实现SPECT/CT探测γ射线光子计数值与125I近距离治疗等剂量赋值，寻找TPS的替代评估方案，创新性地解决125I剂量评价的临床难题。
材料与方法1.实验材料：125I放射性粒子(直径0.8 mm，长度4.5 mm，铅的半价层为0.025 mm，半衰期为59.4 d，天津赛德生物制药有限公司)91颗，每颗粒子活度2.59×1010 Bq。遵循至少抽取10%(不能少于3颗)或全部(植入数≤5颗)进行源活度的质量控制检测、当前活度值与实际测量活度值相对偏差不超过5%的原则。
自制3D打印放射性粒子剂量测定组织等效板20块(专利号：CN 105807306 B)，所述粒子通孔之间的间距为5 mm，该发明使用的材料是组织等效板，最大限度地模拟粒子在人体组织的衰减，能够更真实地反映放射性粒子在人体内的辐射值。
每层面按照9、20、33、20、9数目排列，用记号笔在上述组织等效板上标记需要放置粒子的孔洞(孔洞间距为5~10 mm)备用。工作人员着铅衣进入125I粒子操作间，佩戴铅手套、在铅玻璃防护屏后手持镊子，将91颗125I放射性粒子按照上述排列方式依次装入模板中，形成放射性粒子立体分布。每两块模板间以一块空白板相隔放入类正方体模型中，将剩余板对称填塞后插封顶盖。
2.实验方法：在北京启麟科技软件TPS系统(Panther Brachy 4.72)中，打开Phantom模块，设置cube、按照2.5 mm的间隔设置添加模板。在Contours-Generate External中自动勾画外部轮廓，Add选项中添加临床靶区(CTV)，在2D Paint中勾画靶区。在Images中设置靶区中心并层对齐，选择Plan后点Manager并选择StereoSeed以确认三维计划。在Brachytherapy中显示矩阵，切换Lock解锁，模拟布源活度为2.59×107 Bq的125I粒子(同模型中125I粒子的实际分布)，构成类梭体剂量模拟图。分别测量125I粒子放置板(共5个)层面最外围粒子周边剂量，其中向外测量粒子放置板1、2、4、5层面距最外层粒子分别0.5、1.0、1.5和2.0 cm的点剂量值并记录，向外测量粒子放置板3层面距最外层粒子周边分别0.5、1.0 cm的点剂量值并记录。
应用西门子Symbia T16 SPECT/CT垂直粒子长轴扫描模型，低能高分辨平行孔准直器，头足位连续扫描，1.0倍的放大倍数，双探头360度采集，每个探头采集180度，按照20 s/帧、共32帧，步进拍摄模式，等中心旋转扫描，矩阵大小为128 × 128;CT扫描层厚为1 mm，矩阵大小为512 × 512。在工作站3D模块中选择扫描完毕的SPECT和CT图像并进行融合。用Tools-Pixel Lens测量与TPS系统中相对应位置的光子计数点值，并记录。
3.剂量值与光子计数值对应关系：完成对SPECT/CT和TPS系统中最外围粒子的周边0.5、1.0、1.5和2.0 cm处该点所对应点值的分别测量后，根据距离最外围粒子周边距离的不同进行分类统计。
4.统计学处理：利用SPSS 27.0统计软件绘制散点图，通过指数、对数、一元线性、二元、三元、四元等多种拟合方程计算得出最佳拟合关系。采用单因素方差分析分别检验γ射线光子计数值和TPS剂量值的各组数据的均值，P < 0.05为差异具有统计学意义。
结果1.距离外围粒子不同距离处γ射线光子计数值：距外围粒子0.5、1.0、1.5、2.0 cm处γ射线光子计数值为7 603.57±1 806.35、4 018.26±1 315.72、2 074.04±791.53、1 080.34±424.79，4组分别测量的数据个数为88、112、136、160。光子计数值和剂量值呈现随着离最外围粒子距离的增大呈逐渐降低趋势，差异有统计学意义(F=743.72，P < 0.01)。
2.相对应位置TPS剂量值：距外围粒子0.5、1.0、1.5、2.0 cm处TPS中的剂量值为(208.05±37.57)、(125.43±17.74)、(86.76±17.67)、(61.55±14.39)Gy。剂量值呈现随着离最外围粒子距离的增大呈逐渐降低趋势，差异有统计学意义(F=930.46，P < 0.01)。
3.剂量与光子计数关系：通过统计分析，得到TPS(剂量值，y)和SPECT(光子计数值，x)相关系数为0.90，方程为：y=0.02x+46.45(R2=81.2%，P < 0.01，图 1)。
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图 1 SPECT示碘-125放射性粒子光子计数值与对应位置剂量值的关系 Figure 1 The ralationship between the photon count values of iodine-125 radioactive seeds indicated by SPECT and the corresponding positional dose values |
讨论
125I持续释放的低剂量γ射线直接作用于肿瘤细胞的DNA，通过永久性植入可以在肿瘤内持续发挥作用，导致肿瘤细胞凋亡[4-5]。美国放射物理师协会(AAPM)推荐接受放射性粒子植入术的前列腺癌患者需做剂量验证来评价靶区和危及器官的剂量[6]。20世纪80年代美国Prowess公司发行Phanther Brachy Pro系统作为世界上最早应用于近距离放射治疗的TPS系统之一，是TPS二维时代的代表。2007年Oncentra GYN系统不仅可用于腔内治疗，也可用于近距离粒子植入治疗[7]。在现代癌症管理中，瑞典Elekta公司的Oncentra系统、美国Varian公司的GammaMed系统在近距离治疗计划系统方面技术成熟，在放射治疗流程中发挥核心作用[8]。这些TPS的持续研发和改进，一直是当前125I放射性粒子治疗恶性肿瘤的金标准。
近些年，我国科研人员也在不断进行着努力和尝试。潘淑豪和汪志[9]采用德国PTW公司的VERIQA软件对180例患者不同部位进行放疗计划的独立验证，结果显示基于蒙特卡罗(MC)算法的VERIQA与采用向异性分析算法(AAA)的TPS关于剂量计算具有良好的一致性，并具有提供与患者解剖结构相关的体积剂量误差、γ通过率等信息这些是传统测量验证不具备的优势。王炳杰等[10]自主研发的三维近距离治疗系统涵盖了包括患者信息管理、靶区和危及器官(OAR)勾画、近距离计划设计和计划评估等近距离治疗全流程的功能，可提供影像数据可视化、精准快速的剂量计算、逆向优化以及友好的用户交互等功能，在一定程度上增加了国产三维近距离治疗系统临床实用性，具备一定的优势。
然而，TPS作为术前计划和术后剂量验证最标准的手段却存在着一些不可忽视且难以克服的问题，主要体现在放射性粒子治疗是多个粒子的组合剂量，同一批次粒子间活度误差、放射性粒子持续衰减、影像设备识别粒子的误差、设备间空间分辨率差异、操作者个体差异、剂量真实性和数据测量可重复性差等方面。超声和磁共振(MR)识别放射性粒子数量和位置误差大，而在CT上呈现明显高密度影的放射性粒子却往往因为重叠、聚集、放射性伪影等常见固有问题使得粒子数目识别的准确性大打折扣，而TPS正是基于这些可识别的放射性粒子的活度、数量、空间位置的信息得到靶区和剂量学参考依据的。
物理师做计划时采用强调均匀布源的巴黎系统原则，但巴黎系统并不是为粒子植入所设计，若按此原则难免出现剂量误差。隋爱霞等[11]通过中心布源和周围布源两组剂量及体积参数比较，得出对于直径>3.5 cm的肿瘤建议使用周围布源的方式，减少并发症的发生，这些是手术方法对剂量的改进和优化，并没有脱离TPS的本质。本研究在建模过程中以立体的病灶为切入点、以保证周边剂量兼顾中心为原则布源，来提高靶区整体的平均剂量。另外，本研究在孤立的125I放射性粒子光子计数值与剂量关系模型的基础上改进为立体模型，尽可能模拟125I放射性粒子治疗体内病灶的客观现实，更具有临床参考价值。
SPECT/CT作为一种新型分子影像设备实现即时功能代谢显像和解剖的同机融合，不需要对放射性粒子进行活度测定、数量计算、位置识别[12]。TPS在显示剂量的预测值方面受靶区范围、计算点阵网格的密度及粒子数目识别误差、粒子空间位置、活度衰减、计算时间等因素影响，在SPECT/CT上均不存在，属于即刻真实值，因为SPECT/CT测得的光子计数值是客观数值的体现，与放射性粒子的活度和位置无关。另外，TPS的数据测量可重复性差，不同物理师所做的剂量计算结果有一定差异，横向比较困难，而显示真实光子计数值且定量精准的SPECT/CT并没有此方面顾虑[13-14]。光子计数值可以测量，代表了肿瘤各部位的能量吸收值，如何寻找与TPS的剂量对等匹配关系，是光子计数值能否量化应用的唯一途径，本研究通过建立实验模型和测量分析，得到一元线性回归拟合，将TPS(剂量值)和SPECT(光子计数值)得以实现相互对应，有文献发现二者具有正相关关系[15]，尚无相同的研究得到二者的量化关系。
本研究不但避免了TPS计算剂量值的各种误差，也使得如何准确地实现靶区剂量术中监测和术后评估成为可能。SPECT/CT可以兼顾功能学成像和高空间分辨率的优势，将病变组织内植入放射性粒子作为γ射线源，对γ射线进行检测并定量，并转化为剂量进行指导手术，尤其是为评估术后随访时疗效判断、预测复发等临床策略提供依据，为建立125I近距离治疗γ射线可视化应用模型奠定基础[16-17]。
本研究通过对应点值测量来探索光子计数值与剂量值之间的关系，较赵宪芝等[18]研究不同半径感兴趣区(ROI)范围内两者的关系更加明确。γ射线组织半价层为1.7 cm，粒子植入后的剂量分布会根据放射性粒子距离的平方成反比减少。随着距离的增加，靶区外的剂量迅速下降，从而在大幅增加靶区剂量的同时，也避免了对周围重要组织和器官造成放射性损伤[2]。然而，局部衰减较快，不可避免地造成部分数据离散度较大，这也从侧面反映了本实验数据的真实性。
总之，SPECT与TPS数据线性模型的建立可对TPS进行补充，使得剂量的术中实时监测、术后随访时疗效评估、复发预测成为可能，为建立TPS的替代系统奠定基础。本实验中仅应用了一种机型和一种SPECT扫描方案，不同机型、不同扫描方案是否会有剂量和光子计数值间关系的差异仍待进一步验证。另外，本实验为体外实验，不能完全模拟人体组织，尚待下一步的体内实验进行验证，甚至在临床应用中逐步检测其准确性和科学性。
利益冲突 所有作者声明不存在利益冲突
作者贡献声明 王文斐负责研究设计、数据收集、数据分析和论文撰写; 田川、李学达、张宏涛参与研究设计、数据分析和论文修改; 王从晓负责实验操作、参与数据收集和部分数据分析; 刘士锋参与研究设计和论文修改; 胡效坤提供研究思路和方法，提供统计分析支持，协助论文撰写; 李腾提供统计分析支持，协助论文撰写
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