胡海芹 熊文敏 謝 琛 張懷文

臨床放射治療中，高能X線和電子線照射在人體表面時(shí)，由于散射線等存在劑量建成區(qū)域，在表淺腫瘤治療時(shí)出現(xiàn)表面低劑量，因此臨床一般使用組織等效物放置于治療區(qū)域表面以提高表面劑量。胡逸民[1]總結(jié)臨床常用的組織補(bǔ)償材料有石蠟、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃等，如使用物理密度為1.02 g/cm3濕紗布[2]、鋁皮[3]、豬皮、商用補(bǔ)償膜等。但大多數(shù)組織等效補(bǔ)償材料與人體之間存在空氣間隙。Sharma SC[4]、Kong M[5]研究了電子線照射時(shí)組織等效材料與人體之間空氣間隙對劑量的影響。本課題探討3D打印技術(shù)打印出的組織補(bǔ)償應(yīng)用于放療對表面劑量的影響。

1 資料與方法

1.1 材料

選取江西省腫瘤醫(yī)院放療科近年來收治的腫瘤位置表淺、需要提高表面劑量的患者20例。對患者分別使用Klarity商用固定面罩和3D打印固定面罩。

1.2 方法

CT定位后，將圖像導(dǎo)入系統(tǒng)，常規(guī)勾畫計(jì)劃靶區(qū)(PTV)，皮膚勾畫時(shí)注意將3D打印固定面罩完全畫入[6]。使用飛利浦計(jì)劃系統(tǒng)(Pinnacle)分別設(shè)計(jì)在3D打印固定面罩和Klarity固定面罩情況下的治療計(jì)劃，計(jì)劃采用Elekta 6MV光子照射方式進(jìn)行設(shè)計(jì)[7]。

3D等效組織固定面罩及其制作方法：通過三維CT掃描采集個(gè)體化病例的表淺腫瘤數(shù)據(jù)，生成病例的三維數(shù)學(xué)模型導(dǎo)入軟件，得到組織補(bǔ)償區(qū)域的數(shù)學(xué)模型；基于病例腫瘤區(qū)的數(shù)學(xué)模型，通過軟件模型設(shè)計(jì)得到所需補(bǔ)償區(qū)域的數(shù)學(xué)模型；通過3D打印得到等效組織固定面罩；將等效組織固定面罩放入70 ℃恒溫水箱，待面罩受熱變軟后固定在患者身上，將補(bǔ)償區(qū)域完好覆蓋在表淺腫瘤上，選取患者最為舒適的體位做放療固定體位，待面罩冷置成型后通過CT掃描患者斷層影像并傳輸至計(jì)劃系統(tǒng)，實(shí)施患者放療計(jì)劃。等效組織固定面罩制作時(shí)需要患者現(xiàn)場模擬機(jī)確定靶區(qū)位置大小和空間分布。3D打印等效組織固定面罩技術(shù)很好解決了皮膚貼合性差、患者放療固定差、患者舒適感差、個(gè)體放療的需求、放療安全性和組織補(bǔ)償效果差等的問題。同時(shí)可根據(jù)臨床需求制作任意位置和厚度的固定補(bǔ)償膜。其流程見圖1。

圖1 3D等效組織固定面罩制作流程

2 結(jié)果

2.1 2種面罩在放療中的應(yīng)用效果比較

根據(jù)ICRU83報(bào)告定義均勻性指數(shù)(homogeneity index)：HI=(D2%-D98%)/D50%，HI越接近0表示靶區(qū)劑量越均勻；適形度指數(shù)(conformal index)：CI=(VPTV95%/VPTV)×(VPTV95%/VBody95%)，公式中VPTV95%是PTV中小于95%的劑量所包含的體積，VPTV是PTV的體積，VBody95%是身體中95%劑量所包含的體積，即治療區(qū)。CI的取值在0～1，等于1時(shí)表示95%等劑量線體積與PTV 完全一致；等于0時(shí)表示95%等劑量線體積與PTV 完全沒有重疊[8]。3D打印面罩計(jì)劃與商用面罩計(jì)劃比較：靶區(qū)D95PTV、HI、CI差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表1。3D打印面罩計(jì)劃5000 cGy所包繞的PTV體積為95%，商用面罩計(jì)劃5000 cGy所包繞的PTV體積為84%，見圖2。

2.2 3D打印面罩提升皮膚表淺劑量的原理

根據(jù)TPS(治療計(jì)劃系統(tǒng))計(jì)算結(jié)果和測量結(jié)果表明，放置3D打印等效組織固定面罩后，患者表淺的放療劑量隨著PDD(劑量深度曲線圖)的增加而增加。見圖3。

表1 靶區(qū)PTV比較

a：3D打印固定面罩對靶區(qū)劑量的影響

b：Karity商用面罩對靶區(qū)劑量的影響

圖3 不同能量光子線在水中PDD隨深度變化

3 討論

對于表淺部腫瘤一直延用傳統(tǒng)的治療模式，組織補(bǔ)償?shù)暮穸仁枪潭ǖ?，沒有考慮到人體表面的曲線結(jié)構(gòu)和個(gè)體差異，等效補(bǔ)償材料與固定面罩存在縫隙，常用的組織補(bǔ)償物有豬皮、浸水紗布、石蠟等材料。同時(shí)由于傳統(tǒng)組織補(bǔ)償膜不能剪切，放置時(shí)容易脫落、與患者不能完全接觸，導(dǎo)致一部分皮膚侵犯的患者放射治療失敗[9-11]。3D打印等效組織固定面罩按實(shí)際每個(gè)患者的位置要求來制作，保證每個(gè)患者專用。從制作面罩開始到患者接受治療，3D等效組織固定面罩全程與患者貼合。在乳腺癌、隆突性皮膚纖維瘤和眼瞼部皮膚細(xì)胞瘤等6MV的X射線和人體曲面有縫隙接觸時(shí)，3D打印等效組織固定面罩技術(shù)能減少空氣間隙，很好解決了皮膚貼合性差、患者放療固定差、患者舒適感差、放療安全性和組織補(bǔ)償效果差的問題，表淺劑量上升顯著，對于目前主要的調(diào)強(qiáng)和容積調(diào)強(qiáng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了放療個(gè)體化的需求。但是3D打印等效組織固定面罩也存在著一些問題，首要問題是尋找一種能百分百替代人體組織的材料。3D補(bǔ)償膜制作時(shí)間比較長、價(jià)格昂貴，尤其在制作批量等效組織固定面罩時(shí)，對3D設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量要求較高。