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，由于散射線等存在劑量建成區(qū)域，在表淺腫瘤治療時出現(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)臨床常用的組織補償材料有石蠟、聚苯乙烯、有機玻璃等，如使用物理密度為1.02 g/cm3濕紗布[2]、鋁皮[3]、豬皮、商用補償膜等。但大多數(shù)組織等效補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)勾畫計劃靶區(qū)(PTV)，皮膚勾畫時注意將3D打印固定面罩完全畫入[6]。使用飛利浦計劃系統(tǒng)(Pinnacle)分別設(shè)計在3D打印固定面罩和Klarity固定面罩情況下的治療計劃，計劃采用Elekta 6MV光子照射方式進行設(shè)計[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)計得到所需補償區(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劃系統(tǒng)，實施患者放療計劃。等效組織固定面罩制作時需要患者現(xiàn)場模擬機確定靶區(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、個體放療的需求、放療安全性和組織補償效果差等的問題。同時可根據(jù)臨床需求制作任意位置和厚度的固定補償膜。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時表示95%等劑量線體積與PTV 完全一致；等于0時表示95%等劑量線體積與PTV 完全沒有重疊[8]。3D打印面罩計劃與商用面罩計劃比較：靶區(qū)D95PTV、HI、CI差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表1。3D打印面罩計劃5000 cGy所包繞的PTV體積為95%，商用面罩計劃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(治療計劃系統(tǒng))計算結(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，組織補償?shù)暮穸仁枪潭ǖ模瑳]有考慮到人體表面的曲線結(jié)構(gòu)和個體差異，等效補償材料與固定面罩存在縫隙，常用的組織補償物有豬皮、浸水紗布、石蠟等材料。同時由于傳統(tǒng)組織補償膜不能剪切，放置時容易脫落、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際每個患者的位置要求來制作，保證每個患者專用。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胞瘤等6MV的X射線和人體曲面有縫隙接觸時，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)強和容積調(diào)強技術(shù)實現(xiàn)了放療個體化的需求。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補償膜制作時間比較長、價格昂貴，尤其在制作批量等效組織固定面罩時，對3D設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量要求較高。