[摘要] 在放射治療中,由于射線不可避免地對正常細(xì)胞產(chǎn)生輻射作用,頭頸部腫瘤患者常會發(fā)生嚴(yán)重的口腔并發(fā)癥,例如:放射治療誘發(fā)性口腔黏膜炎、張口困難、吞咽困難、放射性頜骨壞死和放射性齲病等。這些并發(fā)癥會影響甚至中斷放射治療的進(jìn)行,對放射治療后患者的生活質(zhì)量造成難以估量的影響。為減小放射治療帶來不利影響,近年來,國內(nèi)外學(xué)者對口腔定位支架(OPS) 開展了廣泛的研究,其中傳統(tǒng)型OPS 對一些口腔并發(fā)癥的預(yù)防起到明顯的作用,但其在設(shè)計(jì)制作以及推廣應(yīng)用上存在一些不足,數(shù)字化OPS 的研究應(yīng)運(yùn)而生。本文主要對數(shù)字化OPS 的設(shè)計(jì)制作方法、口腔并發(fā)癥的預(yù)防以及放射治療擺位的影響進(jìn)行總結(jié)分析,對其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
[關(guān)鍵詞] 口腔支架; 頭頸部腫瘤; 放射治療; 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì); 放射性口腔黏膜炎; 擺位誤差
[中圖分類號] R782 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/gjkq.2024018
頭頸部腫瘤(head and neck tumor,HNT) 發(fā)病率位居人類所有腫瘤疾病的第7位[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)全球每年新增HNT患者83萬例、死亡43萬例[2],我國每年新增37.2萬例、死亡8.8萬例[3]。其臨床類型按發(fā)病率從高到低排序前三位依次為甲狀腺癌、鼻咽癌和口腔癌[3]。放射治療(簡稱放療) 是HNT的主要治療手段之一,更是鼻咽癌的首選治療方法[4]。然而,毗鄰腫瘤的口腔正常組織在治療過程中會受到一定劑量的射線照射,導(dǎo)致一系列急性或慢性并發(fā)癥的發(fā)生,常見的急性口腔并發(fā)癥包括放療誘導(dǎo)的口腔黏膜炎、吞咽困難、口干癥、張口困難[5-6];晚期較嚴(yán)重的并發(fā)癥有口干癥、吞咽困難、牙關(guān)緊閉、放射性骨壞死、放射性齲病、念珠菌病和牙周病等[7-8]。這些并發(fā)癥影響著HNT患者的治療,黏膜疼痛使得治療延遲甚至中斷;口干癥、張口受限和吞咽困難等影響進(jìn)食并嚴(yán)重降低了患者的生活質(zhì)量[5]。因此,預(yù)防并減少這些并發(fā)癥的發(fā)生對HNT患者的治療、預(yù)后和生活質(zhì)量尤為重要。
口腔定位支架(oral positioning stents,OPS)通過推離正常口腔組織遠(yuǎn)離靶區(qū),減少射線輻射,從而預(yù)防不良反應(yīng)的發(fā)生[9]。目前OPS制作方法有傳統(tǒng)型和數(shù)字化兩種。傳統(tǒng)型OPS是使用藻酸鹽印模材料制取患者上下頜印模并灌制石膏模型,獲取開口狀態(tài)下的咬合記錄,制作個性化放療OPS蠟型,再裝盒、充塑、固化,打磨拋光后完成放療OPS的制作[10]。2017年,Wilke等[11]和丁繼平等[12]分別報(bào)道了數(shù)字化OPS的制作方法:獲取患者的上下頜數(shù)字化模型,在相應(yīng)的軟件設(shè)備中設(shè)計(jì)打印OPS。傳統(tǒng)型OPS已被證實(shí)對黏膜炎、口干癥、頜骨壞死等有顯著的保護(hù)作用[13-15],但因其設(shè)計(jì)復(fù)雜、制作繁瑣、技術(shù)敏感性強(qiáng),僅在國內(nèi)個別放療研究機(jī)構(gòu)中使用[11]。我國大部分地區(qū)仍采用的是口咬醫(yī)用注射器、軟木塞等簡陋方法固位[16],存在佩戴不舒適、對正常組織的固定效果差、位置重復(fù)率低等問題。近年來,國內(nèi)外學(xué)者研究并設(shè)計(jì)了不同方法制作數(shù)字化OPS,本文主要對數(shù)字化OPS的設(shè)計(jì)制作方法、對口腔并發(fā)癥的預(yù)防以及對擺位誤差的影響作一綜述,為數(shù)字化OPS的臨床應(yīng)用提供參考。
1 數(shù)字化OPS 制作方法
1.1 通過CT獲取解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)
Wilke等[11]通過計(jì)算機(jī)體層成像(computed tomography,CT) 方法對上頜和下頜牙列區(qū)域進(jìn)行≤1 mm厚度采樣,使用Velocity腫瘤成像信息系統(tǒng)和3D Slicer開源醫(yī)學(xué)成像軟件平臺重建上下頜骨模型并導(dǎo)出為立體光刻(stereo lithography,STL)文件格式;導(dǎo)入3D建模軟件Meshmixer中,下頜骨沿顳下頜關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)和移動,模擬生理性下頜骨運(yùn)動,設(shè)置切牙距離為20 mm,用上下頜牙列覆蓋矩形模型,通過布爾運(yùn)算從矩形模型中減去患者的牙列模型,獲取具有開口距離的牙列數(shù)字印模,去除多余的材料;使用Form 2打印機(jī)打印支架。
丁繼平等[12]采用120 kV,層厚0.625 mm,層距0.625 mm的螺旋CT斷層掃描患者咬合后的印模膏,圖像以醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信(digital imagingand communication in medicine,DICOM) 3.0標(biāo)準(zhǔn)存儲,Mimics 10.01軟件重建上下頜三維模型;在MEDCAD模塊中手動填倒凹,運(yùn)用布爾運(yùn)算在口腔支架中央設(shè)計(jì)圓柱形通氣道,于前端3個位置勾畫不同深度的標(biāo)記孔,保存為二進(jìn)制STL格式,將該文件導(dǎo)入3D打印機(jī)打印數(shù)字化OPS。
孫方方等[17]拍攝開口位錐形束計(jì)算機(jī)體層成像(cone beam computed tomography,CBCT),導(dǎo)出“.dcm”格式數(shù)據(jù)。導(dǎo)入設(shè)計(jì)軟件iPD-Stent,模型自動填倒凹;勾畫開口部件墊范圍后,軟件自動生成頜間連結(jié)體,開口部件覆蓋上頜雙側(cè)尖牙至第一磨牙和下頜雙側(cè)第一磨牙間所有牙齒,邊緣包繞牙冠頰舌面1/3;添加壓舌部件,調(diào)整壓舌部件的位置和大小,后1/3下壓,與前2/3約呈15°角,平滑邊角后完成數(shù)字化OPS的設(shè)計(jì)。將完成的設(shè)計(jì)以“.stl”格式導(dǎo)出,導(dǎo)入三維打印軟件EnvisionTEC制作OPS。
1.2 光學(xué)或激光獲取解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)
Zaid等[18]采用傳統(tǒng)方法獲得患者的上下頜模型,使用aluwax架記錄切牙間距20 mm的頜位關(guān)系,使用3D掃描儀EinScan-Pro 掃描上頜和下頜模型,以及記錄咬合關(guān)系的架和模型,使用Meshmixer軟件手動調(diào)整或通過MeshLab 1.2.1軟件自動調(diào)整上頜、下頜和咬合關(guān)系的網(wǎng)格配準(zhǔn)程度;導(dǎo)入到3D建模軟件Meshmixer中設(shè)計(jì)數(shù)字化壓舌定位支架,使用Form 2打印機(jī)打印支架。
Bruno等[19]運(yùn)用TRIOS3口腔掃描儀獲取上頜牙列、下頜牙列和牙尖交錯位時(shí)的圖像;將文件導(dǎo)入牙科數(shù)字模型設(shè)計(jì)軟件ceramill mind中,使用ceramill M-Splint插件進(jìn)行側(cè)向支架和壓舌板設(shè)計(jì),在數(shù)字化架上設(shè)置虛擬距離參數(shù),Bennett和髁導(dǎo)斜度分別是10°和35°,前牙開口距離為10 mm;使用Autodesk Meshmixer軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)OPS;使用Varseo 3D打印機(jī)打印OPS。
前3種方法[11-12,17]是采用CT獲取圖像設(shè)計(jì)制作數(shù)字化OPS。螺旋CT掃描獲取的解剖模型體素較大[20],大的體素尺寸會影響牙齒咬合面的精度,產(chǎn)生不精確OPS;在適應(yīng)證上,要滿足沒有金屬修復(fù)體或汞合金產(chǎn)生的明顯的金屬成像偽影,偽影的存在可能降低上下頜牙列勾畫和重建的準(zhǔn)確性[21]。后2種[18-19]則是采用掃描牙列模型或口內(nèi)掃描獲取的牙列圖像設(shè)計(jì)制作OPS。獲取的牙列數(shù)據(jù)尺寸精度和形態(tài)精度較前3種更好[22]。有3種設(shè)計(jì)方法[11,18-19]的開口距離是在建模軟件或數(shù)字化架中生成的,與患者真實(shí)開口時(shí)的顳下頜關(guān)節(jié)、髁道斜度以及切道斜度有一定的偏差,對OPS在口內(nèi)的就位有一定影響。
有4種設(shè)計(jì)方法[11-12,18-19]需依托商用牙科與工業(yè)軟件Meshmixer、MEDCAD和ceramill mind等才能完成定位支架的數(shù)字化設(shè)計(jì),其設(shè)計(jì)時(shí)間長,軟件成本費(fèi)用高,技術(shù)敏感性強(qiáng),都有待進(jìn)一步改進(jìn)。有一項(xiàng)研究[17]研發(fā)了放療口腔定位支架專用設(shè)計(jì)軟件iPD-Stent,支架設(shè)計(jì)耗時(shí)僅需約15 min,可兼容開口位CBCT數(shù)據(jù)、開口位口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)、牙列模型和開口位頜位關(guān)系記錄及其模型掃描數(shù)據(jù);自動識別面解剖形態(tài);軟件自帶壓舌、推舌、推頰等模型。該方法[17]設(shè)計(jì)制作簡易,操作性強(qiáng),耗時(shí)短,方便推廣。
還有學(xué)者[23]對壓舌部位及連接熱塑膜部位進(jìn)行改進(jìn), 在數(shù)字化OPS咬合精確度、舌的位置再現(xiàn)性以及患者擺位時(shí)間縮短方面具有重要作用。
2 OPS 對口腔并發(fā)癥的作用
2.1 放療誘發(fā)性口腔黏膜炎(radiation therapy-inducedoral mucositis,RIOM)
RIOM是常見的HNT 放療并發(fā)癥之一, 是HNT在放療后出現(xiàn)以口腔潰瘍?yōu)橹鞯膿p害,患者會出現(xiàn)嚴(yán)重疼痛不適,影響進(jìn)食、吞咽和說話。累計(jì)輻射劑量達(dá)到10~30 Gy時(shí),表現(xiàn)出黏膜紅腫、深大潰瘍和假膜覆蓋,有灼熱感、進(jìn)食刺激痛或明顯疼痛[24]。RIOM的發(fā)生率約為80%,Ⅲ級和Ⅳ級的發(fā)生率為42%~56%,35% RIOM患者會因輻射的不良反應(yīng)而減少或中止治療[24]。有文獻(xiàn)報(bào)道,佩戴傳統(tǒng)型OPS可將鼻咽癌患者的口腔平均輻射劑量降低至(32.98±1.91) Gy,將Ⅲ級黏膜炎并發(fā)癥的概率降至22.83%, 比不佩戴者降低了2.52%[25],并可將上頜竇癌等Ⅲ級RIOM的發(fā)生時(shí)間推遲1周,其Ⅲ級RIOM發(fā)病率比不佩戴者降低了19.4%[26]。傳統(tǒng)型OPS還能夠減輕扁桃體癌和鼻咽癌13%~58.12% 患者的味覺損害[13,27]。然而,OPS在預(yù)防口干癥上存在爭議,Goel等[14]和Mall等[28]認(rèn)為傳統(tǒng)型OPS能夠預(yù)防口干癥的發(fā)生,且有研究[15,25]發(fā)現(xiàn)OPS降低鼻咽癌和舌癌等腮腺的平均輻射劑量至28.0~35.0 Gy,但Stieb等[27]的發(fā)現(xiàn)不支持這一結(jié)論。另有研究[29]發(fā)現(xiàn)數(shù)字化OPS可分別減少舌癌患者上唇、上頰以及腭部56%、53%、40%~72%的平均輻射劑量; 也可減少鼻咽癌患者舌13.32%的平均輻射劑量[17]。綜上所述, 數(shù)字化OPS能夠減少放療過程中唇、頰、舌和腭的平均輻射劑量;但在臨床癥狀研究中,數(shù)字化OPS對口干癥嚴(yán)重程度的影響,味覺障礙的種類、嚴(yán)重程度與放療輻射劑量的關(guān)系仍有待進(jìn)一步研究。
2.2 張口困難
張口困難,又稱張口受限,指患者開口度小于正常值或完全不能開口?;颊叨俗蛑绷?,在最大張口時(shí)上下頜中切牙切緣間的距離為最大開口度;對于無牙頜患者,最大開口度為測量最大張口狀態(tài)下,上、下頜牙槽嵴頂之間的距離;健康成人的正常開口度為37~45 mm,張口困難的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)即最大開口度≤35 mm[30]。放療后,HNT患者張口受限的發(fā)生率為5%~30.7%,張口受限的發(fā)生率可隨輻射劑量的遞增而增加[31],有研究[7]表明翼內(nèi)肌接受的輻射劑量越大,每增加10 Gy輻射量,張口困難的發(fā)生率增加24%。張口受限在靠近舌根、扁桃體、磨牙后三角區(qū)、軟腭、咬肌、翼肌和顳下頜關(guān)節(jié)等部位的腫瘤放療后尤其常見[8]。張口受限還與顳下頜關(guān)節(jié)、翼外肌、咬肌等咀嚼肌肌肉纖維化有關(guān)[32]。數(shù)字化OPS的使用使下頜處于開口頜位狀態(tài),有可能會將翼內(nèi)肌、翼外肌、咬肌和顳下頜關(guān)節(jié)推離高劑量區(qū)域并減少受照面積,從而降低張口受限的發(fā)生率。綜上所述,數(shù)字化OPS在預(yù)防張口受限中,還需嚴(yán)謹(jǐn)充足的數(shù)據(jù)對咀嚼肌和顳下頜關(guān)節(jié)接受的輻射劑量進(jìn)行分析;在臨床癥狀研究中,也需補(bǔ)充張口受限發(fā)生率的數(shù)據(jù)。
2.3 吞咽困難
在接受放射治療和化學(xué)治療(簡稱放化療)的頭頸部腫瘤患者中,超過76%的患者出現(xiàn)吞咽困難,其中根治性同步放化療患者吞咽困難的發(fā)生率為60%[33]。吞咽系統(tǒng)包括口腔、咽和喉。正常的吞咽過程包括自主的口腔階段和不自主的咽部階段:在口腔中,需要牙齒、唇、頰、舌、下頜骨和舌骨的協(xié)調(diào)運(yùn)動咀嚼食物;舌將食物推入咽部,隨后舌根、軟腭和會厭分別關(guān)閉口腔、鼻咽腔及氣管與咽腔通道;食物在咽縮肌、下咽負(fù)壓吸引和重力作用下進(jìn)入食管[34]。在HNT放療過程中,吞咽系統(tǒng)與腫瘤位置臨近,極易受到輻射損傷,口咽部黏膜容易發(fā)生潰瘍疼痛,舌根運(yùn)動無力,會厭反射能力減弱,喉部抬高水平降低,咽部肌肉收縮時(shí)間延長,吞咽功能缺乏協(xié)調(diào)性,從而導(dǎo)致吞咽困難。有研究[35]結(jié)果顯示,舌肌、咽縮肌、聲門、喉前庭和食管上括約肌受到的輻射劑量與后期吞咽困難的發(fā)生密切相關(guān),當(dāng)上、中咽縮肌接受的平均輻射劑量高于60 Gy時(shí),吞咽困難的發(fā)生率明顯升高。Feng等[36]發(fā)現(xiàn)當(dāng)咽縮肌受到的輻射劑量降至52~55 Gy時(shí),吞咽困難的發(fā)生率可降低30%;喉前庭接受輻射劑量lt;55 Gy,吞咽困難的發(fā)生率可降低20%。會厭V60 (會厭接受60 Gy輻射劑量的體積占會厭總體積的百分比) lt;60%和頦舌骨肌、下頜舌骨肌接受的輻射劑量≤69 Gy時(shí)可減少吞咽障礙的發(fā)生[35]。另有研究[37]發(fā)現(xiàn),放療引起的Ⅲ級和Ⅳ級黏膜炎能夠加重吞咽困難。研究[27]發(fā)現(xiàn),佩戴傳統(tǒng)型OPS可使吞咽困難的發(fā)生率由31%降至21%。咽上縮肌起于翼突下頜縫、下頜舌骨線后端和舌根側(cè)緣,與對側(cè)同名肌匯總形成咽正中縫,數(shù)字化OPS使下頜處于開口頜位狀態(tài),并使舌固定于口底或一側(cè),牽拉咽上縮肌、頦舌骨肌和下頜舌骨肌,將舌根和會厭推離高劑量照射區(qū)域,減少這些解剖結(jié)構(gòu)的受照面積,從而降低吞咽困難的發(fā)生率。綜上所述,數(shù)字化OPS有可能改善吞咽功能,未來應(yīng)對數(shù)字化OPS是否能夠減少咽縮肌、頦舌骨肌、下頜舌骨肌、舌根和會厭接受的輻射劑量進(jìn)行深入研究,并且在臨床癥狀中獲取科學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
2.4 其他口腔并發(fā)癥
放射性頜骨壞死是HNT放療后發(fā)生的最嚴(yán)重并發(fā)癥之一,主要表現(xiàn)為牙齦紅腫,牙齒松動脫落,牙槽骨外露以及死骨排出,頜面部軟組織炎性腫脹、流膿,竇道形成,局部麻木感;口內(nèi)外貫通逐漸擴(kuò)大引起頜面部潰爛,將嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量甚至危及生命[38]。放射性頜骨壞死約95%發(fā)生于下頜骨,放射性下頜骨壞死發(fā)病率為5%~15%,70%~90%的放射性頜骨壞死發(fā)生于放療結(jié)束后3年內(nèi)[39]。研究[17]發(fā)現(xiàn),數(shù)字化OPS可將下頜骨接受的平均輻射劑量降至(35.34±3.98)Gy,減少了10.12%的輻射劑量。
放射相關(guān)齲病[40-41]是一種出現(xiàn)于頭頸部放療后的快速進(jìn)展性疾病,HNT放療患者患齲率為24%~57%,齲均為3.6,是導(dǎo)致患者放療后失牙的主要原因之一。有研究[15]發(fā)現(xiàn)舌癌和口底癌患者在調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy,IMRT) 期間,佩戴傳統(tǒng)型OPS可將上頜骨牙齒接受的平均輻射劑量降至(20.9±13.1) Gy,減少了41.62%的平均輻射劑量。綜上所述,還需前瞻性研究數(shù)字化OPS對牙齒接受輻射劑量的影響和對放射相關(guān)齲病發(fā)生率的預(yù)防效果。OPS影響頭頸部腫瘤放療患者口腔并發(fā)癥的相關(guān)研究總結(jié)見表1。
3 數(shù)字化OPS 對放療擺位誤差的影響
在HNT放療中,腫瘤周圍解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜,視神經(jīng)、腦干、腮腺、脊髓等重要的正常組織和器官相互毗鄰。為了減少正常組織的并發(fā)癥,在三維適形放療技術(shù)中,因?yàn)楦邉┝康哪[瘤區(qū)域和其周圍需要保護(hù)的重要器官劑量驟跌的特點(diǎn),需要減少擺位誤差提高治療效果,所以對于精度擺位提出了更高的要求[42]。頭頸部腫瘤精準(zhǔn)放療技術(shù)主要包括體位固定、計(jì)劃設(shè)計(jì)和精確放療三部分,其中準(zhǔn)確的體位固定是精確放療的首要環(huán)節(jié)[43]?,F(xiàn)頭頸部腫瘤的放療體位固定方式是將頭頸部熱塑膜與體部固定裝置結(jié)合在一起。有研究 [44]發(fā)現(xiàn),頭頸部熱塑膜材質(zhì)在冷卻后有一定伸縮性,在放療過程中膜球變形量達(dá)30%,產(chǎn)生一定的擺位誤差。因?yàn)轭^頸部熱塑膜材質(zhì)的特性、面部肌肉的不自主活動、體重的減輕和發(fā)泡膠頸部的形狀,所以下頸部框和下頸部椎體框在腹背方向和旋轉(zhuǎn)角度存在較大的擺位誤差,其中下頸部框及下頸部椎體框腹背部擺位偏差大于0.3 cm的占比分別為22.36%和31.48%[45]。樊文慧等[46]發(fā)現(xiàn)使用熱塑膜結(jié)合發(fā)泡膠固定技術(shù)并佩戴可分離式數(shù)字化OPS能夠降低頭頸部腹背部擺位誤差至(0.046±0.036) cm,整體矢狀旋轉(zhuǎn)角度的擺位誤差降至0.54°±0.24°。因此,數(shù)字化OPS能夠減小HNT放療患者的擺位誤差,今后應(yīng)對擺位重復(fù)性差的舌、下頜骨和頸椎進(jìn)行深入研究,觀察對擺位誤差的影響;以及根據(jù)擺位誤差,計(jì)算臨床靶區(qū)擴(kuò)至計(jì)劃靶區(qū)時(shí)的外放邊界是否能夠減少。
4 小結(jié)與展望
本文總結(jié)了數(shù)字化OPS的設(shè)計(jì)制作方法、OPS對HNT放療并發(fā)癥的重要作用以及數(shù)字化OPS 在放療擺位誤差方面的影響。與傳統(tǒng)型OPS相比,數(shù)字化OPS能夠降低OPS制作技術(shù)的敏感性,降低時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本,方便應(yīng)用于基層放療機(jī)構(gòu),加強(qiáng)口腔中心與放療機(jī)構(gòu)的聯(lián)合診療,協(xié)助提高放療醫(yī)師的擺位效率,降低HNT患者放療的并發(fā)癥,減輕放療并發(fā)癥對患者的負(fù)擔(dān),改善HNT患者的放療后生活質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)有臨床證據(jù),數(shù)字化OPS在對放療并發(fā)癥口干癥、張口受限、吞咽困難、放射性頜骨壞死以及放射性齲病的預(yù)防方面仍需要更高質(zhì)量、更大樣本和更長時(shí)間的隨訪研究予以驗(yàn)證。
利益沖突聲明:作者聲明本文無利益沖突。
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( 本文編輯 吳愛華 )
[基金項(xiàng)目] 山西省“四個一批”科技興醫(yī)創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2022XM41)