3D打印模板引導125I放射性粒子組織間植入惡性腫瘤的臨床應用

潘天帆， 陸 建， 王 勇， 朱光宇， 陳 荔， 郭金和

125I放射性粒子組織間植入是繼手術、化療和放療之后的一種腫瘤治療新手段。與外放療相比，其腫瘤靶區劑量高、周圍正常組織劑量低、手術并發癥少，能有效控制局部病灶［1］。125I粒子在多種實體惡性腫瘤的治療中，療效得到了肯定，近年來在我國發展較快［2-5］。但目前粒子植入操作缺乏國際認可的規范化規程，主要依靠術者經驗進行操作，術后粒子位置、劑量與術前計劃難以統一，影響療效［6］。國內有學者將3D打印技術應用到腫瘤125I粒子植入的引導，治療方案通過3D打印制成個體化導向模板，在模板基礎上結合CT引導行125I粒子植入手術［7］。我科于2016年3月—2017年6月應用3D打印模板聯合CT引導125I粒子組織間植入治療不可切除惡性腫瘤30例，取得較好效果，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 臨床資料 選取2016年3月至2017年6月我科收治的3D打印模板引導粒子植入治療腫瘤患者30例，其中男16例，女14例，年齡53～81歲，中位年齡68歲。入組標準：體力狀況評分（KPS）＞60分；預期生存期≥3個月；無法行手術治療或患者放棄對病灶行手術切除治療；獲得患者及家屬的同意。排除標準：精神異常或有精神病史者；穿刺處皮膚感染、破潰；凝血功能異常：凝血酶原時間＞20 s，活化部分凝血酶原時間＞55 s，凝血酶凝固時間＞21 s，凝血酶原時間國際標準化比值（INR）＞2.5；肝腎功能不全；肝功能Child-Pugh分級為C級；腎小球濾過率≤29 mL·min-1·1.73 m-2，血清肌酐＞451 μmol/L，內生肌酐清除率≤19 mL/min。所有病例均經病理學證實為惡性腫瘤，原發性腫瘤8例，轉移性腫瘤22例；手術部位：頭頸部10例，椎旁2例，肺7例，胸壁2例，腹膜后2例，背部2例，肝臟5例。

1.1.2 儀器設備 使用美國GE公司生產的highspeed dual螺旋CT掃描儀；治療計劃系統（TPS）：Prowess Panther Brachy v5.0近距離治療計劃系統，由美國Prowess公司提供。3D打印模板由北京啟麟科技有限公司提供，模板厚度5 mm，預設針道孔處厚10 mm，材料為somosⅢ22型樹脂，使用sla600型3D打印機打印。18 G粒子植入針為日本Hakko株式會社生產。125I放射性粒子由上海欣科醫藥有限公司和北京原子高科股份有限公司提供，外形為圓柱形鈦合金封裝體，長度為4.5 mm，直徑0.8 mm，半衰期分別為60.1 d和59.4 d，內有3.0 mm×0.5 mm的銀柱吸附125I，其外是壁厚0.05 mm的鈦殼，平均光子能量27～35 KeV，組織穿透距離1.7 cm，初始劑量率 7 cGy/h，粒子活度 14.8～29.6 MBq（0.4～0.8 mCi）。

1.2 方法

1.2.1 術前計劃制定 術前病灶部位CT平掃和增強掃描，圖像層厚為5.0 mm，根據手術需要選擇合適掃描體位，并使用真空負壓墊固定患者體位。通過CT掃描儀激光定位線，于患者目標病灶體表投影處附近粘貼3個標記點，3個標記點通常呈直角三角形排列，2條短邊分別平行和垂直于激光定位線（見圖1①）。此標記點需保留至手術時，用于3D打印模板的復位固定。另可通過激光定位線，于患者體表勾畫定位線，輔助真空負壓墊及標記點，使患者術中和術前體位基本一致。將CT圖像資料（格式為dicom）導入Prowess Panther Brachy v5.0系統，進行靶區和危及器官（organ at risk，OAR）勾畫，靶區包括大體腫瘤區（gross tumor volume，GTV）和計劃靶體積（planning target volume，PTV），PTV 應大于GTV邊緣約5 mm。選取合適的粒子活度（0.4～0.8 mCi），處方劑量（prescribed dose，PD）設定為100～140 Gy，根據靶區與危及器官、骨骼的關系設計進針路徑，在針道上載入粒子，粒子間距5～20 mm，排布原則為“中央稀疏，周圍密集”。靶區達到PD后即完成計劃，記錄D90（覆蓋90%靶體積的劑量），D100（覆蓋 100%靶體積的劑量），V100（100%PD 覆蓋的體積占靶體積的百分比），V150（150%PD覆蓋的體積占靶體積的百分比）等劑量學參數，生成劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）。將計劃傳輸到3D打印工廠制作成品。

圖1 治療過程示意

1.2.2 手術操作和術后驗證 模板術前環氧乙烷55℃蒸汽消毒6～8 h。通過真空墊及體表定位線，調整患者體位與術前掃描時一致。常規消毒鋪巾后，將模板放置于手術指定區域，模板上3個定位孔與3個標記點相對應。2%利多卡因局部浸潤麻醉后，選擇定位針道穿刺，穿刺深度20～40 mm，CT掃描，通過對比術前計劃，確保定位穿刺針準確，如不準確，則需適當調整模板，重新穿刺，直至所有定位穿刺針位置與術前計劃一致。將所有針穿刺至計劃深度后，再行CT掃描，確保穿刺針已達腫瘤邊緣遠端。按術前計劃依次植入粒子。術后立即獲取CT圖像，輸入Prowess Panther Brachy 5.0系統，進行術后驗證，記錄劑量學參數，對植入質量進行評價，生成術后劑量體積直方圖。

1.2.3 術后處理和防護 術后24 h內觀察出血、穿刺部位疼痛、聲音嘶啞、飲水嗆咳、皮膚麻木、氣胸、局部感染等近期并發癥。術后防護遵循距離、時間和屏蔽防護三原則，即距離越遠越好、時間越短越好、實施屏蔽措施。注意醫護人員、患者家屬、孕婦和幼兒的防護，距離100 cm以上?；颊呦鄬Ω綦x或植入部位穿防護衣6個月以上。

1.2.4 評價指標 粒子植入質量評價標準采用BCCA標準，根據術后驗證靶區D90、V100評價為優、良、中、差 4 組。 優：V100≥90%，125%≥D90≥100%；良：90%＞V100＞85%，100%＞D90＞90%； 中：85%≥V100≥75%，90%≥D90≥80%或 D90＞125%；差：V100＜75%，D90＜80%。

1.3 隨訪及統計學方法

使用SPSS Statistics version 21軟件（IBM，美國）進行統計學分析，服從或近似服從正態分布的計量資料如手術前后的靶區體積以及 D90、D100、V100、V150等劑量學參數用均數±標準差（x±s）表示，采用配對t檢驗比較上述參數的差異。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 模板設計及過程

30例患者均成功打印出3D個體化模板，在模板基礎上結合CT引導行125I放射性粒子植入手術，模板設計及手術具體過程見圖1。

2.2 術后質量驗證及評估

優：24 例（80.0%，24/30）；良：5 例（16.7%，5/30）；中：1 例（3.3%，1/30）；差：0 例（0，0/30）；術前 PTV 的范圍是 15.9～265.5 cc，平均（64.4±58.4） cc；術后驗證 PTV 范圍是 18.5～267.8cc，平均（64.4±58.4） cc，兩者比較差異有統計學意義（P＜0.05）。術后驗證PTV存在差異病例均為術后較術前增大。術前D90、D100、V150分別為（11 945.6±1 157.0） cGy、（6 972.7±1 250.5） cGy、（58.0±4.4）%， 術后 D90、D100、V150分別為（11 839.0±1 117.0） cGy、（7 352.1±1 361.2） cGy、（57.6±4.1）%，上述指標手術前后比較差異均無統計學意義（均 P＞0.05）。 術前 V100為（91.1±1.8）%，術后 V100為（90.5±1.6）%，兩者比較差異有統計學意義（P＜0.05）。詳見表 1。

表1 30例患者靶區及劑量各參數比較結果 ±s

表1 30例患者靶區及劑量各參數比較結果 ±s

注：PTV：計劃靶體積；D100：覆蓋100%靶體積的劑量；D90：覆蓋90%靶體積的劑量；V150：150%處方劑量覆蓋的體積占靶體積的百分比；V100：100%處方劑量覆蓋的體積占靶體積的百分比

參數 術前 術后 t值 P值PTV/（cc） 64.4±58.4 66.8±58.3 -7.830 0.000 D100/（cGy） 6 972.7±1 250.5 7 352.1±1 361.2 -1.753 0.090 D90/（cGy） 11 945.6±1 157.0 11 839.0±1 117.0 1.838 0.076 V150/% 58.0±4.4 57.6±4.1 1.747 0.091 V100/% 91.1±1.8 90.5±1.6 3.016 0.005

2.3 術中及術后24 h內并發癥

術中可觀察到3例氣胸，發生率為3/7，2例＜15%，1例約30%，經保守治療后，術后復查氣胸自行消失；1例1/7術后可見少量咯血，予以白眉蛇毒凝血酶1 U肌內注射后，未再咯血。25例（83.3%，25/30）于拔針后可見局部少量出血，經局部壓迫后止血，均未應用止血劑。余未見其他手術相關并發癥。

3 討論

3D打印技術，是一種以數字模型文件為基礎，應用粉末狀金屬或塑料等粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式制造三維實體的先進技術。目前已經廣泛應用于整形外科、骨科等臨床科室，如骨折復位模板、內固定接骨板等［12-14］。3D打印導向模板聯合CT引導125I粒子組織間植入技術，即在Prowess粒子植入系統上，根據靶區具體位置設計合理進針路線，制定粒子植入方案，術前計劃將以3D打印的方式定制成個體化導向模板，在模板基礎上聯合CT引導行125I粒子植入手術。

本組患者均成功地在3D個體化模板基礎上結合CT引導行125I放射性粒子植入手術，術后質量驗證及評估示：①采用BCCA粒子植入質量評價標準，植入質量：優：24 例（80.0%，24/30）；良：5 例（16.7%，5/30）；中：1 例（3.3%，1/30）；差：0 例（0）。BCCA標準為英國哥倫比亞癌癥研究中心［15］針對前列腺癌近距離治療設立的標準，因其他實體腫瘤未有國際公認的粒子質量評價標準，故本研究用此標準進行評價。本組結果較張穎等［16］結果為好，考慮與病例選擇、模板差異、技術經驗等因素有關，實際植入質量均較為滿意。其中植入質量未達“優”者6例，肺部4例，肝臟2例，病灶所在臟器活動度均較大，穿刺定位針時首次進針未到位，通過反復調整和控制患者呼吸運動后仍與計劃位置有偏離，甚至部分病例出現氣胸等并發癥，導致粒子分布欠佳，植入質量較差。②手術前后PTV差異存在統計學意義，且術后PTV存在差異病例均為術后較術前增大，分析其原因：粒子植入過程導致的局部出血、水腫等因素；或有因技術原因，目前3D打印模板自術前掃描至手術需3～5 d，存在靶區短期內增大的可能。③D90、D100、V150等劑量學參數手術前后比較差異無統計學意義，表明3D打印模板可較好完成術前粒子植入計劃，滿足劑量學要求，且靶區內高劑量區控制較好，劑量分布均勻。④V100術前術后差異有統計學意義，一方面可能與手術前后PTV變化有關，另一方面，粒子植入過程中，退針控制不佳或腫瘤內部組織結構多樣等原因導致粒子分布欠均勻。⑤本組病例氣胸發生率為43.9%，高于Zhang等［17］所報道的20.8%（5/24），考慮與術中反復調整定位針有關。而咯血發生率則與Zhang等［17］所報道一致。其余病例未觀察到如大出血、感染、聲音嘶啞等嚴重近期并發癥，表明此技術較為安全。

綜上所述，3D打印模板聯合CT引導125I放射性粒子組織間植入治療惡性腫瘤，操作簡便，可較好地完成術前計劃，達到劑量學要求，具有一定的準確性和安全性，為標準化、規范化粒子植入治療提供了有效工具，有很好的應用前景。