摘要：目的:图像增敏剂(如Ipamiro、Gd-DTPA等)因含有放射性核素而常用于医学图像的血管造影.基于同步辐射高通量光源(上海光源)的小动物活体脑血管图像,采用Ipamiro (80μl,175 mgI/ml,Ipamiro,Shanghai,China)灌注小鼠颈主动脉,并配合高分辨率激光散斑对比成像设备(LSCI,Laser Speckle Contrast Imaging),观察微米量级上的小鼠脑血管形态.然而由于高浓度含碘造影剂引入小鼠脑血管,或因Ipamiro本身的生物毒性,或因辐照剂量的提高,而常常造成辐照小鼠的高死亡率.本研究结合实验测量数据,利用蒙特卡洛程序EGSnrc/DOSEXYZnrc模拟小鼠头模中的剂量分布,量化血管剂量提高效应随碘浓度、血管宽度及深度等的变化规律,探索小鼠高死亡率原因,并优化实验方法,为合理设计图像实验提供参考.rn 方法:结合实验测量所得的实际血管尺寸及增敏剂浓度等实验数据,血管宽度选为200μm和500μm.血管中含碘浓度为5mg/ml～175 mg/ml.1-D小鼠头模沿照射方向由"700μm皮肤+500μm头骨+1.4cm脑"组成.头模大小为5cm×5cm×1.52cm.计算网格取1cm×0.1cm×0.01cm.照射源为平行X射线垂直入射,能量选为碘的K吸收边能量(33.2keV).照射野大小为4.5cm×0.45cm.在上述条件下,利用蒙特卡洛程序EGSnrc/DOSEXYZnrc模拟小鼠脑模型中的剂量分布,比较碘增敏剂对血管中沉积剂量的影响.rn 结果:血管中沉积剂量的提高与碘浓度成正相关线性关系(剂量提高因子=1.51098+0.13576×碘浓度).随着碘浓度变化,血管宽度会影响沉积剂量.如设200μm和500μm宽度血管前壁分别位于头骨后700μm深度时,当碘浓度＜50mg/ml时,由血管宽度增加造成的剂量倍数变化不明显(如50mg/ml时,血管前后壁的剂量增加倍数均约为9倍);但当碘浓度＞100mg/ml时,血管后壁处剂量倍数会略有降低(如150mg/ml时,血管前壁剂量倍数为21.7倍,而后壁剂量倍数为20.3倍).同一血管宽度下沉积剂量随照射深度增加而降低,但剂量倍数比较接近.如设200μm厚血管前壁分别位于头骨后700μm和1cm深度,在血管不含碘时,两个深度的剂量比值为1.31倍;而10mg/ml、50mg/ml和100mg/ml三种浓度时,两个深度的剂量倍数分别为2.94、8.7和15.2倍.碘浓度对剂量增加的影响也会随着照射野的减小而增强.如4.5cm×4.5cm野与4.5cm×0.45 cm野相比,在血管不含碘时,绝对剂量增加～10％;而从剂量倍数的角度来看,10mg/ml、50mg/ml和100mg/ml三种浓度时,4.5cm×4.5cm野和4.5cm×0.45cm野的剂量倍数分别为2.71、7.8、13.7和2.97、8.83、15.4倍.与33.2 keV入射X射线造成的剂量相比,32.7 keV入射X射线在血管中的沉积剂量会分别降低14％(10mg/ml)和40％(＞50 mg/ml);但是33.7 keV在血管中剂量会分别升高28％ (10 mg/ml),68％(50mg/ml)和86％(100mg/ml).此外,成像时若无500 μm头骨屏蔽,血管内的绝对剂量会增大(～10％).rn 结论:图像增敏剂Ipamiro中的碘浓度对血管中的剂量沉积有显著影响,提示了在碘增敏剂使用时采用某些减少碘浓度的策略可以降低实验中动物的死亡率.实验设计的初步建议:1.在鼠脑血管碘剂造影实验中,应尽量减少碘造影剂的使用量,并避免刚注入时就进行照射,因为此时局部碘浓度较高,而碘浓度线性影响着血管中沉积的剂量;2.血管所处的部位越深,血管中的绝对剂量沉积越小,所以应尽量避免近距离照射脆弱血管;3.头骨可起到一定剂量屏蔽的作用,减少血管及脑组织中的能量沉积,因此应避免穿过无头骨,或头骨薄的区域照射;4.以稍低能量的X射线入射,可降低含碘溶液血管中的剂量,在不损失图像效果的情况下,可考虑降低入射X射线的能量,如应用32.7keV;5.仿照旋转CT将鼠捆绑在旋转台上进行旋转照射,可减少正常组织的受照量,在图像处理技术可行的情况下,可考虑进行旋转照射;6.采用封闭血栓中含碘液进行造影,可减少碘对血液的毒性,而从剂量的角度分析,有可能会显著提高剂量,因为如果碘封闭在一个小范围内浓度会更高;然后,另一方面若血栓壁材质和厚度合适的话,也可起到一定的剂量内屏蔽效果,此问题有待进一步研究.
