盛成陽，梁恒波，程鵬，張賽，韓倩

(河南大學(xué)河南省人民醫(yī)院 放療科，河南 鄭州 450003)

隨著放射治療技術(shù)的快速發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiotherapy，IMRT)已被廣泛應(yīng)用于臨床[1]。但不同能量射線具有以下分布特性，隨著射線能量的增加，深度劑量增加而表面劑量下降，高能射線進(jìn)入人體組織后，其最大劑量值不在人體組織表面，而是在距體表一定距離的組織內(nèi)，劑量建成區(qū)為從皮膚表面到最大劑量點(diǎn)的深度[2]，正由于這個(gè)特性導(dǎo)致乳腺癌調(diào)強(qiáng)放射治療時(shí)淺表靶區(qū)劑量不足且很不確定。組織等效補(bǔ)償膜的廣泛應(yīng)用解決了臨床放療中這一問題[3]。一般計(jì)劃系統(tǒng)里默認(rèn)的虛擬胸壁等效補(bǔ)償膜都是緊貼著皮膚，而市售胸壁補(bǔ)償膜尺寸大小固定，有一定硬度，不能很好地貼合于胸壁，實(shí)際應(yīng)用中和皮膚存在一定間隙，容易造成胸壁淺表靶區(qū)劑量不足，從而減弱療效，腫瘤復(fù)發(fā)可能性增加。本文通過對比市售胸壁補(bǔ)償膜和根據(jù)患者自身設(shè)計(jì)的個(gè)體化3D打印補(bǔ)償膜[4]對IMRT計(jì)劃中腫瘤靶區(qū)劑量、重要器官劑量的影響，為乳腺癌根治術(shù)后患者行調(diào)強(qiáng)放療時(shí)使用個(gè)體化3D組織打印膜提供可靠的物理數(shù)據(jù)，以便更好指導(dǎo)及完善臨床放療實(shí)踐工作。

1 資料與方法

1.1 臨床資料與設(shè)備

1.1.1臨床資料 選取河南大學(xué)河南省人民醫(yī)院2018年5月至2019年5月收治的14例女性乳腺癌根治術(shù)后患者，年齡為26～66歲，中位年齡為46歲。14例患者均已行乳腺癌改良根治術(shù)，有明確病理證實(shí)，分期為ⅡB～ⅢC期，均已行8個(gè)周期全身化療。根據(jù)2019年乳腺癌NCCN指南給予術(shù)后放療，患者均簽署了知情同意書。

1.1.2設(shè)備 3D體膜打印機(jī)，飛利浦Pinnacle 9.2放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，GE16排大孔徑CT膜擬定位機(jī)Discovery CT 590 RT，LAP激光燈系統(tǒng)，CIVCO定位坐標(biāo)板。

1.2 方法

1.2.1模擬定位 患者取仰臥位平躺于碳纖維體部固定板上(患者體中線與碳纖維體部固定板中線基本重合，肩部與固定板上界基本平齊)，雙手抱住肘關(guān)節(jié)放置于額頭，在體表確定激光定位點(diǎn)，應(yīng)用GE16排螺旋CT行自由呼吸CT掃描，掃描層厚5 mm。對14例患者分別行CT定位，首先為覆蓋胸壁市售胸壁補(bǔ)償膜后的定位，其次先行不加補(bǔ)償膜的定位掃描，確定好皮膚輪廓后，制作出個(gè)體化3D打印補(bǔ)償膜，最后覆蓋在胸壁上再進(jìn)行定位掃描，圖像經(jīng)放療局域網(wǎng)傳輸至Pinnacle 9.2治療計(jì)劃系統(tǒng)。

1.2.2個(gè)體化3D補(bǔ)償膜的制作 分別對14例患者進(jìn)行CT圖像掃描，把掃描圖像傳輸?shù)椒派渲委熡?jì)劃系統(tǒng)TPS中。在TPS中根據(jù)掃描圖像確定腫瘤靶區(qū)范圍，進(jìn)行皮膚輪廓勾畫，確定定制補(bǔ)償膜的大小。從TPS中導(dǎo)出補(bǔ)償膜三維輪廓到三維數(shù)據(jù)軟件3D Slicer中，對補(bǔ)償膜三維模型進(jìn)行平滑處理。從3D Slicer中導(dǎo)出3D打印文件，在打印之前對模型進(jìn)行切片處理。運(yùn)用3D打印機(jī)A3S打印個(gè)體化補(bǔ)償膜。

1.2.3計(jì)劃靶區(qū)(PTV)和危及器官(OAR)勾畫 定位后的14例患者胸壁靶區(qū)勾畫參考RTOG乳腺癌根治術(shù)后靶區(qū)勾畫標(biāo)準(zhǔn)，由同一高年資醫(yī)生進(jìn)行勾畫。CTV范圍：上界為鎖骨頭的下緣(第一肋骨下沿處)，下界為CT上對側(cè)乳腺消失的平面，內(nèi)界為胸骨旁線(包括手術(shù)瘢痕，不應(yīng)超過體中線)，外界為腋中線(背闊肌前緣不包括背闊肌)，前界為皮膚，后界為肋骨胸膜交界處(胸大肌筋膜、胸肌間淋巴結(jié)和乳房下的胸壁淋巴引流區(qū))。計(jì)劃靶區(qū)(plan tumor volume，PTV)是在CTV基礎(chǔ)上內(nèi)界、外界和后界各外擴(kuò)0.5 cm(除外肺組織)，前界仍在皮膚上，上界及下界各外擴(kuò)1 cm。臨床醫(yī)生在靶區(qū)勾畫基礎(chǔ)上，于飛利浦Pinnacle 9.2放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，勾畫危及器官(organ at risk，OAR)：患側(cè)肺、健側(cè)肺、心臟、肝臟及骨髓。

1.2.4計(jì)劃設(shè)計(jì) 于飛利浦Pinnacle 9.2放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)，采用6 MV-X線以等中心(SAD)方式照射，每日1次，每次2 Gy，每周5次，總量為50 Gy(5周)，分4個(gè)主野調(diào)強(qiáng)，分別為兩切線野和兩斜角野，最小跳數(shù)為5 MU，最小子野面積為4 cm2。PTV靶區(qū)體積95%PTV劑量與處方劑量50 Gy相等。PTV接受55 Gy處方劑量的體積應(yīng)低于5%，PTV接受53.5 Gy處方劑量的體積應(yīng)低于10%。PTV區(qū)域之外，其劑量應(yīng)比處方劑量的110%要低。

1.2.5靶區(qū)劑量學(xué)分布及均勻性評估 統(tǒng)計(jì)出PTV的D50%、D98%、D2%、VPTV、VPres、VPres-PTV。靶區(qū)均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)=(D2%-D98%)/D50%×100%。HI值越小表示靶區(qū)劑量的均勻性越好。適形度指數(shù)(conformity index，CI)=(VPres-PTV×VPres-PTV)/ (VPTV×VPres)。CI值取0～1，越接近于1適形程度越高[5]。

1.2.6OAR放射劑量及體積評估 患側(cè)肺V5、V10、V20、V30分別表示患側(cè)肺受照劑量5、10、20、30 Gy以上的體積，Dmean表示患側(cè)肺的平均劑量，心臟V30表示心臟受照劑量30 Gy以上的體積。OAR需對放射劑量加以限制，患側(cè)肺V5<50%、V10<40%、V20<25%、V30<20%分別表示患側(cè)肺受照劑量5 Gy以上的體積不超過50%，10 Gy以上的體積不超過40%，20 Gy以上的體積不超過25%，30 Gy以上的體積不超過20%，Dmean<15 Gy表示患側(cè)肺的平均劑量不超過15 Gy，心臟V30<40%表示心臟受照劑量30 Gy以上的體積不超過40%。

2 結(jié)果

2.1 OAR劑量及體積參數(shù)個(gè)體化3D打印膜計(jì)劃中患側(cè)肺的V20、V30、Dmean及心臟的V30均低于市售組織補(bǔ)償膜(均P<0.05)。見表1。

表1 個(gè)體化3D打印補(bǔ)償膜與市售胸壁補(bǔ)償膜的OAR劑量學(xué)比較

注：OAR—危及器官。

2.2 靶區(qū)劑量及體積參數(shù)(1)個(gè)體化3D打印補(bǔ)償膜PTV中的D98%、D95%、D5%、D2%低于市售胸壁補(bǔ)償膜(均P<0.05)，HI相對于市售胸壁補(bǔ)償膜更具有優(yōu)勢(P<0.05)。(2)個(gè)體化3D打印補(bǔ)償膜與市售胸壁補(bǔ)償膜的PTV在VPTV、VPres-PTV、CI間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。見表2。

表2 個(gè)體化3D打印補(bǔ)償膜與市售胸壁補(bǔ)償膜的PTV劑量學(xué)比較

注：PTV—計(jì)劃靶區(qū)；HI—靶區(qū)均勻性指數(shù)；CI—適形度指數(shù)。

3 討論

放射治療已成為乳腺癌綜合治療中的重要組成部分，乳腺癌根治術(shù)后的患者接受輔助放療可提高局控率及總生存率[6]。雖然目前的放療技術(shù)在逐漸發(fā)展，但由于高能放射線具有劑量建成區(qū)的客觀特性[7]，臨床上對乳腺癌根治術(shù)后的放射治療需要精準(zhǔn)定位靶區(qū)，提高靶區(qū)劑量分布的均勻性，減少肺組織及心臟的照射容積和照射劑量，所以在制定乳腺癌根治術(shù)后放療計(jì)劃時(shí)往往都采取添加組織等效補(bǔ)償膜，以建成劑量效應(yīng)補(bǔ)償，從而保證淺表腫瘤獲得足夠的治療劑量[8]。本文主要研究了胸壁市售補(bǔ)償膜和個(gè)體化3D打印膜在靶區(qū)劑量與OAR劑量上的優(yōu)劣勢，為今后臨床實(shí)踐選擇合適的放射治療技術(shù)提供參考。

乳腺癌根治術(shù)的放射治療中，等效組織補(bǔ)償膜的臨床應(yīng)用對皮膚表面劑量有較大影響，它能增加皮膚劑量，如添加有效的等效組織補(bǔ)償膜，可以將6 MV-X射線皮膚劑量由10%～40%提高到接近100%[9]。臨床上最常應(yīng)用的組織補(bǔ)償膜為市售的20 cm×20 cm大小，具有一定厚度和軟硬度的方形等效組織補(bǔ)償膜，但人體體表往往是不平坦的甚至不規(guī)則的曲面，因此兩者之間必然存在空氣間隙，空氣間隙的存在可降低表面劑量[10-11]。5 mm空氣間隙時(shí)表面劑量就下降10%，空氣間隙為5～30 mm時(shí)表面劑量變化較小，之后隨空氣間隙進(jìn)一步增大，表面劑量又有較明顯下降。為了盡可能減小不同空氣間隙對測量和計(jì)算劑量的影響，保持測量和計(jì)算條件的一致，需盡可能將等效組織補(bǔ)償膜貼合于皮膚表面[12-13]。本研究所使用的個(gè)體化3D打印膜新技術(shù)和市售胸壁補(bǔ)償膜相比，具有保證乳腺癌根治術(shù)放療劑量的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)[14-15]，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。(1)組織均勻性好。采用聚乳酸(polylactic acid，PLA)打印出個(gè)體化模型，PLA是一種新型的生物基及可再生生物降解材料，由可再生的植物資源(如谷類秕殼、稻草、麥稈)所提出的淀粉原料制成，具有環(huán)保性、打印流動性好、無毒、不易翹邊、打印的體膜收縮率低等優(yōu)點(diǎn)。(2)個(gè)體化程度高。根據(jù)患者自身設(shè)計(jì)出來的，可以緊密貼合在乳腺癌患者的胸壁上，二者之間存在的空氣間隙較小，劑量分布及計(jì)劃系統(tǒng)劑量計(jì)算準(zhǔn)確性高。(3)重復(fù)性好。根據(jù)個(gè)體自身設(shè)計(jì)的3D打印膜使臨床治療時(shí)靶區(qū)實(shí)際所受劑量與計(jì)劃系統(tǒng)中的受量更為接近，更為精確[16]，可以保證分次治療間的精確度，確保放療劑量，從而提高乳腺癌的治療效果。

3D打印技術(shù)因其特有的優(yōu)勢已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域中，在臨床的一些科室，如口腔科、骨科、眼科已被廣泛使用，腫瘤放療中的3D打印技術(shù)可以在CT掃描后根據(jù)腫瘤位置形態(tài)制作出更適合的補(bǔ)償物，劑量分布會更理想，有待于進(jìn)一步開展[17-18]。本研究結(jié)果顯示，在靶區(qū)的劑量均勻性和適形度上，3D打印膜優(yōu)于市售組織補(bǔ)償膜，這與3D打印膜是根據(jù)個(gè)體設(shè)計(jì)而成，皮膚包裹效果較好，減少了與胸壁之間的空氣間隙有關(guān)[19-21]。3D打印膜的重復(fù)性好，保證分次治療的劑量，從而保證乳腺癌根治術(shù)后放射治療的總劑量及療效。在OAR上，相比于市售組織補(bǔ)償膜，3D打印補(bǔ)償膜使肺的受照體積及平均劑量減少，且心臟的受照射體積也減少，使OAR肺和心臟得到保護(hù)，減少了放療后的不良反應(yīng)。乳腺癌根治術(shù)后放射治療中應(yīng)用個(gè)性化、材質(zhì)舒適、擺位重復(fù)性和貼合性好的3D打印補(bǔ)償膜，可有望解決補(bǔ)償膜與胸壁之間的空氣間隙問題，使胸壁放療時(shí)劑量更加精確。

綜上，從精確放射治療上來講，等效組織膜是乳腺癌患者所需要的，因個(gè)體不同而設(shè)計(jì)的3D打印補(bǔ)償膜在靶區(qū)照射劑量及重要OAR劑量的效果優(yōu)于市售胸壁補(bǔ)償膜，建議有條件的醫(yī)療機(jī)構(gòu)可利用3D打印技術(shù)開展乳腺癌的放射治療。