3D打印非共面模板輔助放射性粒子植入臨床應用及劑量學分析

陳 錦，林征宇*，林清鋒，嚴 媛，林瑞祥，陳 健，陳龍建

(1.福建醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院介入科，2.放療科，福建 福州 350000)

放射性粒子植入是近距離放療的重要手段，具有微創(chuàng)、安全、療效確切、可重復性強等優(yōu)點，已逐漸成為腫瘤局部微創(chuàng)治療的重要方法之一[1-3]。傳統(tǒng)粒子植入主要在影像學引導下徒手穿刺插植，受術者經(jīng)驗影響大。相對于傳統(tǒng)方法，3D打印模板輔助下粒子植入對術者經(jīng)驗依賴性明顯下降，且可大幅提高粒子植入的精確度及劑量準確性[4-5]。本研究進行3D打印非共面模板(3D-printing non-coplanar template， 3D-PNCT)輔助CT引導下125I粒子植入劑量學分析，并探討3D-PNCT的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年6月—2018年4月15例于我院接受3D-PNCT輔助CT引導下125I粒子植入治療患者，男10例，女5例，年齡11～74歲，平均(51.8±15.1)歲。納入標準：①確診惡性腫瘤，病灶最大徑≤7 cm且無廣泛壞死、瘺及合并感染；②存在適當穿刺路徑；③血小板計數(shù)≥50×109/L，無凝血功能障礙；④美國東部腫瘤協(xié)作組(Eastern Cooperative Oncology Group， ECOG)評分≤2分，預期生存期>3個月。其中肝癌轉移5例，肺癌轉移3例，腸癌術后吻合口復發(fā)及轉移各1例，腘窩脂肪肉瘤術后顱眶溝通性轉移1例，面頰部橫紋肌肉瘤1例，肛管間質瘤1例，鼻咽癌縱隔淋巴結轉移1例，腎癌肝及腹壁轉移1例；4例于粒子植入術前接受外放射治療。

1.2 儀器與方法

1.2.1 定位 采用Siemens SOMATOM Definition 64排多層螺旋CT掃描儀輔以Gammex 3D移動激光定位系統(tǒng)進行術前定位。將CT模擬定位裝置固定于患者體表。根據(jù)腫瘤部位(圖1A)選擇患者體位(仰臥或俯臥)，對頭頸部腫瘤患者采用頭枕固定，并以熱塑膜配合底板行體位固定(圖1B)；對體部腫瘤患者則采用真空墊配合底板行體位固定。固定后標記體表擺位中心線。將3個定位珠粘貼于靶區(qū)體表投影區(qū)，定位珠連線與身體長軸、短軸平行并呈直角，行CT模擬定位掃描，必要時加行增強掃描。而后調(diào)整定位珠位置，使其連線橫軸位于腫瘤中心層面，并以記號筆標記體表定位珠橫軸、縱軸十字線。啟動3D激光定位系統(tǒng)，標記體表上下、前后及左右方向十字線，于體位固定裝置上記錄激光燈及CT模擬位置信息。完成標記后以敷名膜粘貼皮膚，囑患者慎重保留體表標記線。

1.2.2 治療計劃制定及模板打印 將醫(yī)學數(shù)字成像及通信(digital imaging and communications in medicine， DICOM)圖像傳至粒子植入計算機治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system， TPS)，用于制定粒子植入計劃(圖1C)，包括測量腫瘤體積及勾畫靶區(qū)、評估危及器官受量(organ at risk， OAR)、設定處方劑量及粒子活度、設計針道、擬定粒子數(shù)目及模擬粒子空間分布。通過布源優(yōu)化使90%大體腫瘤體積(gross tumor volume, GTV)接受的劑量盡量達到處方劑量，并控制OAR處于等劑量曲線1 cm以外。記錄術前預估劑量學指標，包括90%靶區(qū)體積劑量(dose of 90% target volume， D90)、100%靶區(qū)體積劑量(dose of 100% target volume， D100)、90%處方劑量體積百分比(volume percent of 90% prescribed dose，V90)、100%處方劑量體積百分比(volume percent of 100% prescribed dose， V100)及150%處方劑量體積百分比(volume percent of 150% prescribed dose， V150)。

將TPS數(shù)據(jù)導入3D打印系統(tǒng)，根據(jù)體表定位珠位置確定x、y軸坐標信息后進行3D-PNCT打印(圖1D)。

1.2.3 復位及粒子植入 復位包括體位復位及模板復位。先行體位復位，使體表定位線、CT模擬定位及擺位激光線三線重合而快速實現(xiàn)體位復位。之后行模板復位，使3D-PNCT上x、y軸坐標與術前體表定位珠十字線重疊，經(jīng)模板針道插入3根定位針。通過CT掃描驗證定位針位置，并與術前計劃對照，如誤差>2 mm則根據(jù)CT圖像進行調(diào)整；誤差≤2 mm提示模板復位完成，記錄復位時間。局部麻醉后，根據(jù)術前計劃采用18G PTC穿刺針(日本八光公司)進行穿刺，經(jīng)CT掃描確認穿刺針均已到達指定位置后(圖1E)，植入125I粒子(由北京原子高科公司提供，粒子長4.5 mm，直徑0.8 mm，活度14.8～29.6 MBq，半衰期59.6天)。參考術前計劃并結合術中實際情況增減粒子數(shù)目。

1.3 術后劑量學驗證 術后將DICOM圖像傳至TPS進行劑量學驗證(圖1F)。通過劑量-體積直方圖(dosevolume histogram， DVH)獲得靶區(qū)術后實測劑量指標，包括D90、D100、V90、V100及V150。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示，術前預估與術后實際植入粒子數(shù)目及實測劑量學指標比較采用配對樣本t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

對15例患者共18個病灶，包括3個活動性器官病灶、15個非活動性器官病灶均順利完成3D-PNCT輔助CT引導下125I粒子植入，其中2個病灶位于頭頸部，胸部縱隔4個，腹盆部4個，骨骼8個，最大徑1.75～6.93 cm，平均(4.58±1.66)cm。未見大量出血、氣胸、胃腸道損傷等并發(fā)癥。

術前計劃平均GTV為(57.37±44.25)cm3，平均處方劑量(121.85±13.32)Gy；計劃植入粒子18～94枚，平均(43.78±21.63)枚。術中復位時間7.55～15.86 min，平均(11.62±2.57)min。術后測量平均GTV為(64.25±50.16)cm3；術后實際植入粒子18～100枚，平均(46.39±24.18)枚。術后所測GTV較術前明顯增大(t=-3.163，P=0.006)，且術后實際植入粒子數(shù)目明顯多于術前預估(t=-2.636，P=0.017)。

術前預估與術后實測劑量學指標見表1。劑量學指標中，V100及V150術后實測值均明顯低于術前預估值(P均<0.05)，而D90、D100及V90術后實測值與術前預估值間差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

3 討論

放射性粒子植入劑量學分布與腫瘤治療療效及安全性密切相關[6]，輻射劑量主要取決于放射性粒子的活度及粒子在腫瘤靶區(qū)內(nèi)的空間分布。粒子合理分布的關鍵在于科學的針道設計及布源。傳統(tǒng)粒子植入主要以徒手操作為主，存在以下不足：①受術者經(jīng)驗影響大，難以形成標準術式，不利于推廣；②難以完整執(zhí)行術前計劃，常無法將粒子放置于指定位置，需多次調(diào)整針道，使輻射劑量及并發(fā)癥風險增加[7]。本研究主要對3D-PNCT輔助CT引導下125I粒子植入的劑量學指標進行探討與分析。

圖1 患者女，右側腘窩脂肪肉瘤術后右側顱眶溝通性轉移 A～C.3D-PNCT輔助CT引導下125I粒子植入，術前CT示轉移灶增強掃描呈不均勻強化(A，箭)，術前以CT模擬定位(底板+熱塑膜)進行體位固定(B)，并根據(jù)CT圖像擬定術前計劃，主要包括靶區(qū)勾畫、針道設計及粒子布源等(C)； D、E.行3D-PNCT打印，模板上標記有針道及激光燈“十字”(D，箭)，復位后完成穿刺并植入125I粒子(E)； F.術后基于DICOM圖像進行劑量學驗證

項目D90(Gy)D100(Gy)V90(%)V100(%)V150(%)術前預估132.54±15.4272.47±14.340.96±0.010.93±0.020.67±0.06術后實測129.50±12.1372.29±15.060.95±0.020.91±0.020.60±0.05t值1.3280.1381.4452.6872.776P值0.2020.8920.1670.0160.014

3D打印模板分為共面及非共面模板。共面模板適用于無重要結構遮擋可平行進針的粒子插植，但體內(nèi)部分腫瘤存在骨骼、血管、空腔臟器等重要臟器遮擋及器官運動影響，不適于平行等間距進針插植，限制了共面模板的使用。3D-PNCT是一種新型3D個體化、數(shù)字化模板，具備穿刺針道信息、3D激光定位坐標系統(tǒng)和標識系統(tǒng)，可通過術前合理設計針道而避免損傷重要組織器官，適用于治療不同平面針道、無法平行插植的腫瘤，可實現(xiàn)腫瘤靶區(qū)劑量的高度適形。國內(nèi)已有學者[8-9]采用3D-PNCT引導放射性粒子植入，取得滿意效果。本研究比較3D-PNCT輔助CT引導下125I粒子植入術前預估及術后實測劑量學指標，發(fā)現(xiàn)二者間D90、D100及V90差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，提示通過此法可較好地完成術前劑量學預期，實現(xiàn)精準植入粒子。

本研究術后GTV較術前增大，原因可能包括：①粒子插植過程中靶區(qū)發(fā)生局部出血、水腫等；②等待模板制作過程中，少數(shù)生長活躍腫瘤靶區(qū)輕度增大。術后植入粒子平均數(shù)較術前計劃為多，原因可能是穿刺后腫瘤靶區(qū)體積稍增大，皮下軟組織彈性致退針距離不均勻，導致粒子聚攏而出現(xiàn)深部較密集，外周較稀疏的冷區(qū)，需補充植入等。術后V100、V150均較術前稍低，提示GTV術后實際接受處方劑量較術前計劃略低，考慮為靶區(qū)體積稍增大，部分病灶受骨骼遮擋，腫瘤壞死導致粒子分布不均勻等因素所致。

3D-PNCT復位成功是實現(xiàn)放射性粒子精準植入的關鍵。本研究以CT模擬定位裝置配合3D移動激光定位系統(tǒng)進行體位固定，采用體表定位珠十字連線、激光燈十字定位線及模板上打印的十字線的“三十字”重合定位技術進行復位，平均復位時間僅(11.62±2.57)min，實現(xiàn)了對患者體位及模板的快速、精準復位，同時采用不同層面的定位針技術實現(xiàn)了針道與術前計劃的高度吻合；對2例(2個病灶)頭頸部腫瘤采用熱塑膜聯(lián)合底板定位技術，其余13例體部腫瘤(16個病灶)均采用真空墊聯(lián)合底板定位技術，大幅提高了體位復位的精準度；其中3個病灶位于活動度均相對較小的活動器官，模板復位順利，通過定位針技術及控制患者呼吸，均成功完成針道插植與術前計劃匹配。

3D-PNCT存在以下不足：①粒子植入時，穿刺過程中，皮下軟組織的柔韌性會影響模板與患者皮膚貼合及穿刺深度，針道固定、不易調(diào)整，針道出血時，模板遮擋影響壓迫出血點；②從定位到模板復位需要一定時間，等待模板制作期間少數(shù)患者可能出現(xiàn)靶區(qū)變化，對活動度大的器官實現(xiàn)針道與術前計劃完全重合有一定難度[10]。

本研究的局限性：①樣本量較少，未對活動度較大部位如肺底部及肝膈頂部病灶進行嘗試，3D-PNCT輔助CT引導下125I粒子植入術后部分劑量學指標與術前計劃仍存在一定差異；②未與徒手穿刺植入進行隨機對照分析。

總之， 3D-PNCT輔助粒子植入能較好地實現(xiàn)術前、術后主要劑量學參數(shù)的匹配，實現(xiàn)放射性粒子的精準植入及標準化流程，值得臨床進一步推廣應用。