肿瘤内碘-125放射性微粒辐射场图象分析

肿瘤内碘-125放射性微粒辐射场图象分析 兰州大学院第一医院 核医学科 陈大安 放射性微粒插植疗法是恶性肿瘤近距离治疗的主要方法之一。基于CT、MR、超声等三维影像学图像资料的治疗计划、计划质量的评估、治疗计划的术后检验，是三个重要环节。确保TPS计划质量，使靶区域内剂量分布均匀、放射性微粒的空间定位较为合理、 治疗更有效而对周围正常组织不损伤或轻微损伤，这是近距离放射治疗的剂量优化问 题。治疗剂量优化的目标是，使求解的剂量分布满足临床要求：在PTV表面产生均匀剂量；限制PTV以内超高剂量范围；在PTV以外达到较为陡峭的剂量跌落。 为教学、科研的需要，结合临床实践，应用计算机三维图象重建技术和医学影像分 析技术，笔者设计开发了《肿瘤内辐射场图象分析系统》软件。该分析软件具有计划（含 模板计划）编辑功能，并设计了计划质量评估、术后检验、分析若干功能，以下就计划 评估和图象分析的相关内容作介绍。 1、 介质中近距离辐射强度径向递减规律与熟知的平方反比律有一定差 异，这种差异是因为介质中物质对辐射线的吸收和散射作用，通常用比例 因子Sr=‘介质中吸收剂量/空气中吸收剂量’来表示，早期应用的解析模 型有：径向距离r（Meisberger）和(Montecalo) 等。 23**** 径向距离r的三次多项式 S =a＋a.r＋a.r＋a.r ， r0123,－ r**** 蒙特卡罗解析式 D=Se， rr b其中S=1+a.(,.r)称为建成系数，系数a„a、常数a、b、,都取决于介质和放射04r 源的种类以及射线能量。 （图1）由点源模型软件产生的辐射图。 2用于治疗的放射源是，它的几何结构和包装材料等多种因素都影响其辐射场分布，按照推荐新的剂量公式为： Dose Rate(r,q) = Sk L g(r ) F(r,q) G(r,q) / G(r0,q0) 公式中Sk是空气比释动能强度，各厂商的Sk数据略有差异；L是辐射量—吸收剂量转换系数，L与介质平均密度相关；其它校正因子是r和q的函数，r是测试点到线状源的轴线的垂直距离，q是测试点与线状源的轴两端的张角，g(r )是中垂线上“介质中吸收剂量/空气中吸收剂量”比例函数，用r的高次多项式表示；F(r,q)是线状源各向异性函数，是对不同方向吸收剂量分布差异的校正；G(r,q)/G(r0,q0)是线状源的几何校正因子，它与比值q / r 成正比。 笔者实验观测用于治疗的-125辐射源在几种介质中辐射自显影图，用中垂线上的灰度比值代表“介质中吸收剂量”与“空气中吸收剂量”的比值，在r<4.5厘米范围内，由灰度比值数据得到拟合多项式曲线与文献中试验曲线基本一致（图2）。 图2辐射自显影图中垂线上的灰度比 线状源的辐射自显影图呈现轴向凹陷的苹果状分布（图3a）。按照线状源剂量公式由该软件产生的辐射图（图3b）与自显影图(图3a)基本一致。 图3a 图3b 图3 线状源的辐射图呈现轴向凹陷的苹果状分布 二 、 在密度均匀分布的介质内，多源群体辐射的吸收剂量为各单个放射源吸收剂量的总n和：D=Σ Dij 。（图4）是由软件产生的多源辐射图。 j 图4 颗放射源的辐射图 三、植入治疗计划质量评估和图象分析 TPS计划质量评估包括： 1 周边剂量分布曲线与有关参数（图5）。周边剂量分布直方图、剂量均数与标准差，可以用来评估各断层靶区边沿剂量分布的均匀性。该软件能够在计划的优化处理增删粒子操作时，随即给出周边剂量分布图形和数据。周边外1厘米剂量分布曲线，用以查看靶区边沿外1厘米处剂量分布情况，剂量均数与周边外1厘米剂量平均跌落率，可以作为减少靶区外组织辐射损伤的安全性指标； 图5周边剂量分布曲线 2 靶区内断层剂量伪彩色图（图6），以及断层靶区剂量参数。其中断层影像与伪 彩色剂量融合图，给出靶区剂量分布与断层影像的对比效果，便于更加直观地进行评估 和分析； 图6靶区内断层剂量伪彩色图 3剂量图剖线上的灰度分布直方图，直观地分析剂量变化（图7）； 图7 中位剖线灰度分布直方图 4兴趣区（ROI）剂量，等剂量线、面和有关参数。提供医师对感兴趣区进行分析 的参考依据； 5各断层靶区剂量频度统计直方图，分析靶区剂量分布范围； 6剂量积分(微分)体积覆盖率DVD(DDVH)直方图和有关参数，提供D90、D100、D120、D150„等参数,分析处方剂量对靶区体积的覆盖情况； 总计划靶区PTV内剂量频度统计直方图、FWHM测算，是由DDVH微分数据给出统计结果，其中FWHM是剂量峰值半高宽度，剂量峰值的位置和FWHM数值，用来分析PTV内剂量的均匀性和计量区域，通常FWHM值小一些，则均匀性较为好一些。 DVHDDVH DDVH 治疗计划的术后检验分为两步： 1重建粒子三维分布。 a基于术后正、侧位X平片，粒子投影线正交点重建； b基于术后3mm CT断层图重建； c 靶区外误植入粒子检出（标记）； 2 对比分析。 a重新应用8项质量评估方法，作术后TPS计划质量评估； b在PTV内<30%处方剂量区域检出、需补充植入粒子位置标记； 由于碘-125放射性种植源在机体内各器官的吸收剂量国内尚未有标准刻度，本分析软件给出的剂量数据只供参考，借此在植入治疗实践中不断总结经验，开拓应用范围， 达到不断改善治疗效果的目的。