非共面3D打印導(dǎo)板在CT引導(dǎo)下肺癌125I粒子植入術(shù)中的穿刺誤差分析

何莊超 何玉成 朱柏霖 黃昌平 陳治名

125I 粒子植入術(shù)是重要的肺癌局部治療方法，粒子植入屬近距離放療，具有局部放射劑量高、對周圍正常組織損傷小的特點，在前列腺癌、肺癌、胰腺癌［1-3］等應(yīng)用廣泛。以往采用徒手穿刺完成，技術(shù)主要依賴于術(shù)者的穿刺水平及經(jīng)驗， 操作技術(shù)不易掌握，且受肋骨、血管及腸管等危險臟器的干擾，難以保證術(shù)前計劃的準(zhǔn)確實施。近年來，隨著技術(shù)的進步，有學(xué)者將3D 打印技術(shù)應(yīng)用到粒子植入術(shù)，發(fā)現(xiàn)3D 打印技術(shù)降低了介入治療的隨意性，提高了準(zhǔn)確性［4］。本研究對 28 例行 3D 打印非共面導(dǎo)板引導(dǎo)下肺癌粒子植入術(shù)的患者資料進行回顧性分析， 對比術(shù)前設(shè)計針道與穿刺術(shù)中實際針道的差異，探討3D 打印非共面導(dǎo)板在CT 引導(dǎo)下肺癌125I 粒子植入術(shù)的穿刺誤差，以提高穿刺的準(zhǔn)確性。

資料與方法

1.臨床資料

選取湖南省郴州市第一人民醫(yī)院CT 引導(dǎo)介入診療團隊 2018年5月～2019年2月28 例肺癌125I 粒子植入術(shù)患者，男 21 例，女 7 例，年齡范圍34～87 歲，平均 66 歲；腫瘤位于右肺 13 例、左肺15 例。所有患者預(yù)測生存期大于6 個月，均有病理確診，凝血功能、肝腎功能、心電圖等檢查無禁忌證，并提前1 d 在CT 室行定位掃描及制作非共面3D 打印導(dǎo)板。所有患者設(shè)計并使用穿刺針202根，平均每例穿刺7 針，其中右肺穿刺82 針，左肺穿刺 120 針。

2.儀器和設(shè)備

CT：Toshiba Aqilion 16 排 CT；3D 建模軟件：中南大學(xué) E3D 建模與設(shè)計軟件（V 11.0）；3D 打印機：東莞市鴻泰自動化設(shè)備有限公司HT480S 3D 打印機；3D 打印材料：光敏樹脂；穿刺針：日本八光18 G×200 mm PTC 針。

3.手術(shù)流程（圖1～3）

術(shù)前定位CT 掃描：患者仰臥或俯臥位躺于墊有真空墊的CT 檢查床上，抽出真空墊內(nèi)空氣固定成形；在腫瘤投影體表周圍放置3 個直徑10 mm、高2.5 mm 的圓形塑料片，在患者平靜呼吸下行平掃。掃描參數(shù)：管電壓120 kV、管電流150 mAs、掃描視野 D-FOV 460 mm、螺距 0.688、重組層厚1 mm、 重組層間隔1 mm。掃描范圍從肺尖至肺底并包括腫瘤上下5 cm。掃描完成后，用龍膽紫及標(biāo)記筆圈記患者體表標(biāo)識塑料片， 在患者體表和真空墊上同時標(biāo)識出CT 機架內(nèi)定位激光線的投影位置。

3D 導(dǎo)板設(shè)計、 打?。?將患者 DICOM 圖像導(dǎo)出、傳送至3D 打印中心工作站，用3D 設(shè)計軟件根據(jù)腫瘤靶區(qū)劑量分布設(shè)計針數(shù)、針道及導(dǎo)板，再將導(dǎo)板STL 數(shù)據(jù)傳送至3D 打印設(shè)備打印。

患者復(fù)位、手術(shù)：將術(shù)前定位固定成形的真空墊置于CT 掃描床， 患者以同樣體位躺在真空墊上；調(diào)整位置，將體表及真空墊標(biāo)志線與CT 機架內(nèi)激光定位線重合；再將消毒后的3D 打印導(dǎo)板中的定位孔與體表圓形標(biāo)志物嵌合； 并用1～2 根穿刺針校準(zhǔn)導(dǎo)板位置，CT 掃描確認復(fù)位后， 術(shù)者按照設(shè)計進針方向、角度、深度，將預(yù)設(shè)穿刺針分次、分步插入腫瘤內(nèi)，完成穿刺后行CT 掃描，觀察記錄針的位置，隨后根據(jù)TPS 計劃植入粒子。

4.數(shù)據(jù)收集及分組

圖1 術(shù)前定位，患者躺于墊有真空墊的CT 掃描床，體表放置并標(biāo)識圓形定位塑料片位置，并在患者體表和真空墊上同時標(biāo)識出CT 機架內(nèi)定位激光線的投影位置 圖2 非共面3D 打印導(dǎo)板。采用的針道是“二級針孔式”設(shè)計，固定穿刺針的孔分為一大一小不同兩段；（空心箭）所指的是一級針孔， 孔較小，比穿刺針直徑略大，用于固定穿刺針，可以拔出；（細箭）所指的是二級針孔，孔較大，當(dāng)拔出一級針孔后，針孔變大，能給穿刺

針提供一定范圍內(nèi)的調(diào)整空間 圖3 術(shù)中導(dǎo)板復(fù)位，并用1～2 根穿刺針校準(zhǔn)。（粗箭）顯示穿刺針與激光燈重合，達到校準(zhǔn)目的；a)術(shù)前設(shè)計針道；b)實際針道

分類統(tǒng)計患者性別、腫瘤所在肺葉及肺段、手術(shù)體位、穿刺針數(shù)信息。經(jīng)3 名具有豐富穿刺經(jīng)驗的醫(yī)師根據(jù)術(shù)前設(shè)計針道分別測量出術(shù)中實際針道 X 軸（左右）及 Y 軸（頭腳）方向的偏移量；3 名醫(yī)師測量數(shù)據(jù)存在差異者，取其平均值。

組內(nèi)數(shù)據(jù)根據(jù)性別、左右肺、治療體位進行分組。

依據(jù)肺呼吸幅動度不同將組間數(shù)據(jù)分為A、B兩組，A 組為呼吸運動幅度小，B 組為呼吸運動幅度大。有研究顯示，肺內(nèi)腫瘤在肺上下肺野隨呼吸運動幅度不同［5］，且越靠近膈肌運動幅度越大［6］，因此筆者將右肺上葉、右肺下葉背段、左肺上葉尖后段和前段、 左肺下葉背段腫瘤針道納入A 組；將左肺上葉上和下舌段、兩肺下葉后基底段、兩肺下葉外基底段、右肺下葉內(nèi)和前基底段、左肺下葉內(nèi)前基底段腫瘤針道納入B 組。

5.統(tǒng)計分析

結(jié) 果

非共面3D 打印導(dǎo)板粒子植入術(shù)前設(shè)計針道與穿刺后實際針道偏移量為X 軸（左右）、Y 軸（頭腳）方向偏移量分別為（2.71±1.78）和（2.77±1.93） mm。性別、左右肺、治療體位X 軸、Y 軸方向偏移量值和獨立樣本t 檢驗、單因素單因素AVOVA 分析P值結(jié)果列于表1，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

根據(jù)呼吸幅動度分組標(biāo)準(zhǔn)，121 針納入A 組、81 針納入 B 組。A、B 兩組其 X 軸偏移量分別為（2.80±1.96）和（2.56±1.48） mm，Y 軸偏移量分別為（2.52±1.31）和（3.15±2.55） mm。采用獨立樣本 t檢驗分析，其X 軸偏移量差異無統(tǒng)計學(xué)意義、Y 軸偏移量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（X、Y 軸 t 值分別為0.96、-2.24，P 值分別為 P=0.34、0.04）。

表1 不同性別、左右肺、不同手術(shù)體位針道X 軸、Y 軸偏移量（mm,）

表1 不同性別、左右肺、不同手術(shù)體位針道X 軸、Y 軸偏移量（mm,）

項目性別X 軸Y 軸男 女針數(shù)156 46左右肺P 值左葉120 82治療體位右葉P 值仰臥位俯臥位側(cè)臥位P 值125 73 4 2.62±1.82 3.00±1.63 0.21 2.87±1.98 2.46±1.41 0.87 2.68±1.87 2.79±1.67 2.00±0.82 0.66 2.91±2.04 2.28±1.36 0.05 2.95±2.28 2.51±1.20 0.78 3.00±2.22 2.37±1.26 3.00±0.82 0.08

討 論

3D 打印技術(shù)是一種先進的增材制造技術(shù)，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過3D 打印機將液體或粉末狀塑料、金屬等可粘合的“打印材料”進行逐層打印、疊加、固化，從而制造出三維物體的新型制造技術(shù)。常用的 3D 打印材料有光敏樹脂、尼龍、鈦合金、聚乳酸、石膏材料等。在制造業(yè)、工業(yè)應(yīng)用、航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。近年來，隨著3D 打印技術(shù)及材料的逐步發(fā)展成熟， 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣［3，7］。

125I 粒子植入術(shù)，屬于近距離放療，已被廣泛應(yīng)用于多種腫瘤的治療，并取得了明顯的療效［8］，但受穿刺經(jīng)驗及技術(shù)、 腫瘤活動及人體解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等因素的影響， 實際粒子劑量在靶區(qū)的分布不均，存在冷區(qū)和熱區(qū)［9］。為彌補這一缺點，有研究將平面模板技術(shù)引入肺癌粒子植入治療，并取得一定效果［10］。隨后有學(xué)者將非共面 3D 打印導(dǎo)板應(yīng)用于頭頸、胸部、腹部、盆腔腫瘤粒子植入術(shù)中［11,12］，進一步提高了粒子治療的精準(zhǔn)度。

非共面3D 打印導(dǎo)板在設(shè)計過程中已避開肋骨、 血管及腸管等危險臟器， 將每根針的進針方向、角度及深度信息確定并產(chǎn)生固定進針針道，手術(shù)者只需沿針道進針至腫瘤靶區(qū)即可， 大大減小了穿刺的難度， 但在實際操作過程中針道難免會偏移設(shè)計路徑，產(chǎn)生穿刺誤差。本研究顯示，非共面3D 打印導(dǎo)板在CT 引導(dǎo)下肺癌125I 粒子植入術(shù)的穿刺誤差約為2～3 mm， 這與3D 打印模板輔助CT 引導(dǎo)放射性125I 粒子植入治療腫瘤專家共識［13］中允許的誤差接近。呼吸運動產(chǎn)生穿刺誤差的關(guān)鍵因素， 且是不可避免的。呼吸運動對針道X 軸（左右）方向偏移量影響不具備統(tǒng)計學(xué)意義，對Y軸（頭腳）方向偏移量有統(tǒng)計學(xué)意義，可能與呼吸導(dǎo)致腫瘤上下移動較大有關(guān)；有研究顯示，肺部腫瘤會隨著呼吸運動而移動，幅度約2～12 mm，其中頭腳方向較左右方向移動度大［14］，為減少呼吸運動造成的穿刺誤差，團隊特意與3D 打印中心合作開發(fā)設(shè)計二級針孔式3D 打印導(dǎo)板應(yīng)用于肺癌粒子植入術(shù)中，使穿刺針能在術(shù)中及時調(diào)整、修正針道，減少誤差。術(shù)前定位、術(shù)中復(fù)位應(yīng)用負壓真空墊適形固定體位，不僅提高體位復(fù)位的精準(zhǔn)度［15］，還增加患者穩(wěn)定性，使患者無論以何種體位治療，均能獲得舒適安全感［16］，同時減少因恐慌、疼痛而引起體位移動，減緩呼吸頻率及幅度；有條件的話，還可聯(lián)合熱塑體膜體位固定技術(shù)［17］，減少呼吸運動導(dǎo)致的誤差，提高穿刺準(zhǔn)確性。

在臨床實際操作中發(fā)現(xiàn)要減少非共面3D 打印導(dǎo)板在CT 引導(dǎo)下肺癌125I 粒子植入術(shù)的穿刺誤差，還需做到：（1）非共面3D 導(dǎo)板位置校準(zhǔn)；導(dǎo)板的準(zhǔn)確復(fù)位是非共面3D 打印導(dǎo)板在CT 引導(dǎo)下肺癌125I 粒子植入術(shù)的關(guān)鍵步驟， 稍有偏差，對手術(shù)影響很大；在導(dǎo)板復(fù)位過程中，應(yīng)將導(dǎo)板預(yù)留定位孔體表標(biāo)識完全重合， 并在手術(shù)時應(yīng)用1～2針穿刺針定位、校準(zhǔn)導(dǎo)板位置［18］，保證導(dǎo)板復(fù)位的精準(zhǔn)度，減少穿刺誤差。（2）避免穿刺針的撓曲；穿刺針的撓曲是指帶斜尖的針沿固定方向穿刺切割軟組織時，組織對針尖斜面產(chǎn)生反作用力，使穿刺針發(fā)生彎曲變形［19］；其彎曲變形程度隨著針尖角度越小而增大，進針越深、偏移越明顯［20］；根據(jù)筆者經(jīng)驗，采用邊旋轉(zhuǎn)、邊進針的方法，能一定程度減少針的撓曲，提高穿刺進準(zhǔn)度。（3）避免穿刺前并發(fā)癥發(fā)生及穿刺過程中皮膚、 軟組織變形及位移［21］；穿刺前并發(fā)癥主要是局麻時麻醉針刺穿臟層胸膜，引起氣胸，導(dǎo)致肺、腫瘤靶區(qū)移位，本研究就有1 例；由于采用二級針孔式導(dǎo)板設(shè)計，在穿刺過程中針道有調(diào)整優(yōu)化的空間， 對手術(shù)效果影響不大。

3D 打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域仍處于起步階段，具備設(shè)計生產(chǎn)3D 打印粒子植入導(dǎo)板能力的醫(yī)院少，一般依賴于少數(shù)3D 打印公司進行個性化定制，且專業(yè)、簡單、易用的3D 設(shè)計軟件少，因此需要手術(shù)醫(yī)生與3D 打印公司工程師反復(fù)溝通，設(shè)計生產(chǎn)時間長，成本高，增加患者等待時間及手術(shù)費用。研究發(fā)現(xiàn)［11］，應(yīng)用 3D 打印導(dǎo)板總體上能減少患者掃描次數(shù)及輻射劑量、縮短手術(shù)時間，臨床應(yīng)用前景廣，不少醫(yī)院在此領(lǐng)域增加科研投入，建立了自己的3D 打印中心， 降低了使用成本及等待時間；同時也研發(fā)專業(yè)、易用的3D 設(shè)計軟件，比如本課題使用的E3D 軟件，進一步降低了使用門檻。

總之，非共面3D 打印導(dǎo)板應(yīng)用于CT 引導(dǎo)下肺癌125I 粒子植入術(shù)中，穿刺針道誤差受多方面的影響， 以呼吸運動造成的頭腳方向的偏移較明顯，總體穿刺誤差小、準(zhǔn)確性較高，值得臨床推廣。