核素内照射三维剂量计算153Sm治疗骨转移病例的应用

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1、陈立新：中山大学博士学位论文核素内照射三维剂量计算一”3SⅢ治疗骨转移病例的应用摘要放射性核素治疗(RadionuclideTherapy)(以下指核素内照射)逐渐成为肿瘤治疗的一个重要手段。随着肿瘤抗体研制的发展，尤其是放射免疫治疗的进展，使得核素内照射(包括靶向治疗，放射免疫治疗等)发展到一个新的高度：射线尽可能集中在肿瘤靶区上，绝大多数正常组织受到极少的辐射剂量。这为肿瘤治疗提供了一个更加诱人的前景，同时使得针对个体化病人核素治疗的剂量计算显得更加迫切。一方面，可以明确早、晚期的正常组织以及肿瘤靶区与剂量的关系：另一方面，由于治疗剂量远较诊断剂量高，对

2、于评估合适的用药剂量，采用何种核素，以及个体的辐射剂量防护要求和环境保护的需要等，都需要明确核素内照射的剂量大小。核素内照射剂量计算包括多种方法：有基于辐射防护需要而逐渐发展起来的MIRD(S因子)剂量计算方法，通过蒙特卡罗方法预算“点源内核”的剂量计算以及直接蒙特卡罗(MonteCarlo，MC)方法等。本文主要包括以下工作：1)构建了用于核素内照射的蒙特卡罗计算程序，并且预算了峙3Sm的S因子；2)基于功能成像(单光子计算机断层扫描，SPECT)标定了图像像素值(对应计数)一核素活度的关系，基于器质成像(计算机断层扫描，CT)扫描标定了图像像素值(对应C

3、T值)一物质密度的关系：3)通过尿液测量和SPECT平片扫描，计算了感兴趣区的核素累积活度；4)通过上述准备工作，对153Sm治疗鼻咽癌骨转移病例进行了三维剂量计算，给出了感兴趣区域的三维剂量分布以及剂量一体积直方图等结果，初步比较了直接蒙特卡罗和S因子的三维剂量计算的差别。通过论文的工作，针对坫3Sm初步给出了一套比较完整的用于核素内照射具体病例的三维剂量计算方法。简单介绍如下：1)基于蒙特卡罗计算程序包EGS4构建计算核素内照射的蒙特卡罗计算程序。通过文献报道的计算数据对该程序进行了验证。该程序可应用于目前核素内照射的各种核素，对于三维直角坐标系内任意大

4、小的格子可进行剂量计算。2)通过自制体模对SPECT扫描图像定量标定。结果表明：在测量误差范围内，核素活度与图像的计数值成正比关系。在像素水平上，通过一次方程可以将目录和中英文摘要SPECT图像数据转换成对应的核素活度大小。同样，通过对CT扫描图像标定，可以用多项式表达物质密度一图像CT值之间的关系，通过CT图像可以提供基于像素水平的物质材料和物理密度的描述。3)通过蒙特卡罗计算程序，计算了153Sm在不同大小，包括l，3和6mm立方体网格内的“剂量贡献”一S因子(Svalue，单位：mGy／MBq*S’1)。计算结果表明：“源格子”(点源所在的格子)的S因

5、子要远大于周围其他格子(“靶格子”)，S因子随“靶格子”与“源格子”的距离增加迅速减小。距离“源格子”中心4-5mm之后，减小的趋势趋于平缓。这主要是由于对“源格子”的大部分剂量贡献来自于坫3Sm的低能电子和B射线，绝大部分能量沉积在当地或邻近的网格内。稍远处网格的剂量贡献则来源于光子的贡献，但明显小得多。详细讨论S因子的计算条件，包括计算的截止能量、不同物质密度以及不同介质对计算结果的影响时发现：a)对于3mm的网格，当计算的截止能量为1和IOKeV时，S因子的计算结果基本相同。对于1和6mm的网格，计算结果同样如此。选取3mm网格，对153Sm能谱中的B

6、，电子和光子线分别计算，三种射线在l和lOKeV的截止能量下的计算结果基本上没有差别。考虑到计算结果的精确性和提高计算效率两方面的因素，针对病例进行蒙特卡罗计算时，lOKeV的计算截止能量是足够的。b)当介质相同(即计算截面相同)而物理密度不同时，S因子明显受到密度变化的影响。无论介质密度为0．2969／cm3(相当于肺组织的物理密度)还是1．49／cm3(相当于骨的物理密度)时，其计算结果与1．049／cm3(相当于软组织的物理密度)有较大的差别。C)当介质不同而物理密度相同时，对于肺与软组织来说，S因子受不同介质的影响不大，对于骨与软组织来说，S因子存在

7、一定的差异。这主要是由于坫3Sm的低能光子与物质的相互作用中，受有效原子序数的影响较大。因此，在应用蒙特卡罗直接计算病例时，首先需要考虑不同介质如骨，软组织和肺等不同密度的影响；其次，对不同介质来说，当介质的有效原子序数与软组织相近时，可以考虑用软组织的计算截面代替。对于骨组织较多的感兴趣区，可能要考虑骨介质的影响。4)累积剂量的计算是临床应用中最终感兴趣的问题。累积剂量的计算是否陈立新：中山大学博士学位论文核素内照射三维剂量计算一“3Sm治疗骨转移病例的应用准确，同时依赖于剂量计算方法和累积活度计算的准确性等两方面。本文采用图像扫描以及尿样测定的方法来确定

8、体内感兴趣区驻留的核素累积活度。通过不同的累积活度计