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153Sm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)—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CT值)—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-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153Sm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—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1，3和6mm立方体网格内的“剂量贡献”—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153Sm的低能电子和β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10KeV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β，电子和光子线分别计算，三种射线在1和10KeV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，10KeV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0.296g/cm3(相当于肺组织的物理密度)还是1.4g/cm3(相当于骨的物理密度)时，其计算结果与1.04g/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因子存在一定的差异。这主要是由于153Sm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算方法，对累积活度进行了计算，包括：a)只考虑物理衰减的计算；b)考虑物理衰减和生物代谢两方面，采用梯形法则和拟合方程等方法计算。针对具体病例的计算结果表明：当不考虑生物代谢时，累积活度明显要高；而采用拟合方程同时考虑了生物和物理衰减时，应该会更接近病例的实际累积活度。 5)在上述工作的基础上，计算了153Sm-EDTMP治疗鼻咽癌骨转移的个体病例的三维剂量分布。基于SPECT/CT联合扫描图像的计算，比较了直接蒙特卡罗和MIRD(S因子)两种计算方法。二种方法所计算出来的剂量分布较为接近，但S因子的计算结果比直接蒙特卡罗方法小。 对于核素治疗的剂量计算来说，剂量计算的误差主要来源于两方面：一方面是由于核素剂量计算方法所引起的误差，显然采用直接蒙特卡罗方法是最精确的方法。但对于临床应用来说，如果计算时间太长，需要提高计算效率，如提高计算机的硬件水平，包括采用服务器或并行计算机等，这会增加临床应用成本。S因子提供了简便而快捷的方法。由于S因子是基于均匀介质的计算方法，对非均匀介质计算存在一定的误差，包括不同物理密度和介质等影响，尤其是不同介质的界面之间误差可能更大。另一方面，计算的误差来源于对个体化病人的累积活度进行计算。即使可以测定个体化病例的全身药代动力学变化，但基于像素水平的核素活度—时间的变化规律还需要更全面的测量手段，如在相同的条件下，通过SPECT多次扫描或平片扫描，来确定感兴趣区(基于像素水平)的核素活度—时间的变化规律。这将是下一步研究的方向。 随着计算机硬件的发展和三维影像扫描的进展，包括SPECT/CT以及PET/CT的应用，核素内照射的三维剂量计算已经有了基本的硬件条件。由于累积活度测量和药代动力学模型的精确性需要进一步提高，核医学影像，如分辨率，测量精度等也存在一定的问题，因此基于三维影像的累积剂量计算还存在一定误差，这也是目前在核素内照射方面国际和国内研究的热点之一。但无论如何，基于三维影像的核素内照射的剂量计算系统，将逐步成为今后临床应用中精确确定内照射剂量的必要条件。在本文的工作中，对研究核素三维剂量计算系统也作了一定的尝试。