譚林 徐博 葉榮 張薇莎 黃發生

放療頭枕作為放療體位固定最常用也是最重要的工具之一，其對體位固定精度的重要性明顯，對頭頸部放療的擺位精度影響最大。林承光等[1]通過對目前使用最多的標準化樹脂頭枕加熱塑膜的固定方式研究發現，頭頸部腫瘤放療中頸部的擺位誤差比頭部的誤差大[2]。對此情況也有采用發泡膠或真空墊聯合熱塑膜等方法進行改善[3-4]。近年來，3D打印補償膜、口含器、面膜等一系列產品在放療中的應用越來越廣泛[5-7]，四川省人民醫院利用3D打印技術為放療患者個性化定制放療頭枕，擬通過對患者頭頸部CT圖像精準建模打印的3D頭枕與患者體表精準貼合，可以更好地滿足放療精準擺位需求，同時能夠提升患者的治療舒適度。本研究利用3D打印技術為頭部腫瘤放療患者定制個體化精準放療頭枕，通過與常規放療的標準化頭枕進行比較，對其擺位精準度和重復性進行臨床應用評估。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

隨機選取2020年4月至2021年8月在四川省人民醫院進行放療的鼻咽癌患者（T2～4N1～3M0）40例，其中男性28例，女性12例，年齡26～79歲，平均年齡52（49.7±12.3）歲。分為3D打印頭枕組20例，其中男性14例，女性6例；常規標準頭枕組20例，其中男性14例，女性6例。兩組患者在年齡、性別的差異無統計學意義（P＞0.05）。所有患者均采用調強放療計劃，每周5次治療。

1.2 方法

1.2.1 頭枕制作 放療患者均采用仰臥位，雙手置于體側。常規標準放療頭枕組均采用常規放療流程，常規標準化頭枕結合熱塑膜進行CT定位掃描。3D打印頭枕組患者先于大孔徑定位CT上采集頭頸部CT數據（掃描層厚1 mm），重建完成后將數據用光盤刻錄再至3D醫學打印中心進行3D建模打印，頭枕由3D打印機打印完成后，采用3D頭枕結合熱塑膜由大孔徑定位CT進行定位掃描。3D打印個性化頭枕實物和3D頭枕結合熱塑膜實物見圖1。

1.2.2 頭枕材料與射線透射率 所有3D打印頭枕均采用5%聚乳酸（polylactic acid，PLA），頭枕模型均為一次成型，經過實際測量，射線通過率＞97.62%，符合實際臨床使用要求。

1.2.3 圖像以及數據采集 運用直線加速器（美國瓦里安公司）自帶的瓦里安23EX機載影像系統（on board imager system，OBI），每周進行1次錐形束CT（cone beam CT，CBCT）圖像采集，并記錄靶區區域的擺位誤差。回顧性分析CBCT圖像，在靶區區域擺位誤差基礎上，采用自動配準為主與手動微調為輔的方法，獲得頸椎區域以及C1～C7各個椎體頸椎的擺位誤差。靶區配準區域參考醫科達中國圖像引導放療（image guided radiation therapy，IGRT）協作組標準：以下頜骨、鼻尖前面為前界，枕骨和棘突后緣為后界，上界至顱骨底和眉弓，下界至第四頸椎下緣，左右包含兩側耳背內緣。頸椎區域配準標準：前界至椎體前緣，后界至棘突后緣，上界至第二頸椎上緣，下界至第六頸椎下緣，左右包含兩側橫突外緣。頸椎配準區域：C1～C7每個椎體的匹配區域上下界均為椎體上下緣，前后界均為椎體前緣和棘突后緣，左右以兩側頸部外緣相切為界。

1.3 統計學分析

2 結果

2.1 靶區區域的擺位誤差對比分析

3D打印頭枕組掃描129次，標準化頭枕組掃描120次。兩組患者以靶區作為配準區域的擺位誤差結果見表1。在升降、進出、左右方向上的擺位誤差無顯著性差異（P＞0.05），但有減小趨勢，說明3D打印頭枕的固定效果對比標準化頭枕有一定的改善，使患者頸肩部曲面與頭枕高度貼合無縫隙（圖2）。

表1 40例鼻咽癌患者兩種固定方式以靶區為配準區域的擺位誤差對比 （±s，mm）

表1 40例鼻咽癌患者兩種固定方式以靶區為配準區域的擺位誤差對比 （±s，mm）

組別 CBCT（次）擺位誤差升降 進出 左右3D打印頭枕組 129 0.87±0.78 1.09±0.86 0.88±1.18標準化頭枕組 120 1.01±0.83 1.27±0.92 1.08±0.89 P- 0.172 0.127 0.131 t- -1.371 -1.532 -1.514

2.2 以頸椎區域配準的擺位誤差對比分析

相比于標準化頭枕，3D打印頭枕對于患者的頭部、頸部以及整個肩部均有較好的包裹和支撐固定，以頸椎為配準區域的擺位誤差結果對比可以明顯觀察到3D打印頭枕在頸肩部的支撐包裹固定性的優勢。表2提示，3D打印頭枕相對標準化頭枕在頸椎區域的擺位誤差明顯改善，并且在升降、進出、左右3個方向的擺位誤差均有顯著性差異（均P＜0.05）。

表2 40例鼻咽癌患者兩種固定方式以頸椎為配準區域的擺位誤差對比 （±s，mm）

表2 40例鼻咽癌患者兩種固定方式以頸椎為配準區域的擺位誤差對比 （±s，mm）

組別 CBCT（次）擺位誤差升降 進出 左右3D打印頭枕組 129 0.65±0.64 0.40±0.49 0.90±0.74標準化頭枕組 120 1.08±0.96 0.80±0.80 1.62±1.51 P- ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 t- -4.175 -4.818 -4.861

為了更細致地研究3D打印頭枕對頸肩部的擺位改善，本研究將每一個頸椎以及鎖骨在升降、進出、左右3個方向的擺位誤差均進行測量。表3～5的結果提示，從第一頸椎至整個頸肩部，3D打印頭枕的擺位誤差均明顯小于標準化頭枕，并且在升降、進出、左右3個方向的擺位誤差的差異均具有統計學意義（均P＜0.05）。

表3 兩組CBCT圖像與CT圖像在C1～C7升降方向的配準差值 （± s，mm）

表3 兩組CBCT圖像與CT圖像在C1～C7升降方向的配準差值 （± s，mm）

項目 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 3D打印頭枕組 0.26±0.46 0.38±0.59 0.55±0.74 0.73±0.79 0.99±1.00 1.22±1.06 1.28±1.01標準化頭枕組 0.56±0.64 0.55±0.63 0.83±0.79 1.19±1.02 1.65±1.35 2.10±1.59 2.62±1.88 t-4.280 -2.183 -2.987 -3.996 -4.384 -5.174 -7.126 P＜0.001 0.030 0.003 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表4 兩組CBCT圖像與CT圖像在C1～C7進出方向的配準差值 （± s，mm）

表4 兩組CBCT圖像與CT圖像在C1～C7進出方向的配準差值 （± s，mm）

項目 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 3D打印頭枕組 0.11±0.36 0.58±0.67 0.42±0.54 0.45±0.54 0.46±0.53 0.48±0.55 0.47±0.53標準化頭枕組 0.54±0.81 0.83±0.81 0.84±0.75 0.84±0.79 0.82±0.79 1.00±0.85 1.01±0.89 t-5.517 -2.644 -3.986 -4.735 -4.242 -5.771 -5.623 P＜0.001 0.009 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表5 兩組CBCT圖像與CT圖像在C1～C7左右方向的配準差值 （± s，mm）

項目 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 3D打印頭枕組 0.38±0.56 0.69±0.62 0.81±0.73 0.86±0.79 1.01±0.82 1.14±0.99 1.32±1.14標準化頭枕組 0.88±0.96 1.21±1.13 1.58±2.88 1.55±1.47 1.91±1.49 2.02±1.58 2.30±1.66 t-5.159 -4.503 -2.952 -4.696 -5.976 -5.318 -5.512 P＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

3 討論

頭頸部結構復雜，鼻咽癌靶區范圍大且形狀不規則，所以靶區經常毗鄰重要危及器官。國際輻射單位與測量委員會（ICRU）24號報告明確提出，3%～5%的劑量變化就會影響局部控制率或者并發癥增加[8]，因此為患者提供一個可靠的、重復性和舒適性好的固定方式尤為重要[9]。有研究表明，在目前的擺位固定技術下，鼻咽癌以靶區作為配準區域的擺位誤差已經較小[10]，但是頸部的擺位誤差仍較大[11]。鼻咽癌頸部淋巴結轉移率極高，70%的患者在就診時會出現頸部淋巴結轉移[12]。所以醫生在勾畫CTV時不僅包括已有轉移的頸部淋巴結，也會勾畫相應的淋巴引流區，并且頸部的移動可能會影響脊髓和腦干的劑量，所以提高頸部的擺位精度有著極為重要的意義。頸部由于頸椎高度靈活性和頸肩部本身的弧形結構固定不佳，目前大部分單位采用的標準頭枕結合頭頸肩熱塑膜的固定方式，由于使用的標準化頭枕尺寸固定，患者頸肩部基本上均有一定位置的懸空，導致頸肩位置更加容易產生擺位誤差。

針對鼻咽癌放療時頸部固定不佳的問題，本研究采用3D打印頭枕進行改進。3D打印頭枕采用聚乳酸一體打印成型，具有射線穿透率高、后期處理無異味、表面光滑無毛刺且受壓形變小等優點。3D打印個性化頭枕通過患者CT圖像進行精準的數字化建模，然后精準打印，可以使患者頸肩部曲面與頭枕高度貼合無縫隙，并且可以按照患者的不同情況進行個性化定制，頸肩曲面的高度貼合可以有效減少旋轉與偏移并且提升患者的治療舒適度。3D打印不受患者體型的影響，且硬度較高，可以有效減小“點頭”運動對頸肩部擺位的影響。本研究通過對兩組患者擺位誤差數據的對比，發現使用3D打印頭枕的患者在整體頸椎的擺位誤差改善非常明顯。3D打印頭枕符合現代精準放療的擺位要求并且與傳統放療擺位銜接性較好，未對計劃設計及加速器治療增加進行額外的工作量。

3D打印技術在放療領域已經應用十分廣泛[13]，取得的效果較好，但是目前對于3D打印個性化頭枕的相關報道較少。本研究提示3D打印頭枕作為一項很有前景的研究方向，其高度適形，對擺位誤差的改善，對于患者放療舒適度的改善，非常符合現代精準放療的發展方向。在使用過程中，本研究也存在一些不足：1）隨著放療療程的進行，使用3D打印個性化頭枕的患者后頸部的皮膚反應要比傳統標準放療頭枕的患者重，應該是由于3D打印個性化頭枕相比傳統的標準化放療頭枕增加了對頸肩部位的包裹固定，后期本研究組考慮適當減少打印枕頭下部的體積與對頸肩部的包裹高度，希望可以減輕皮膚反應；2）目前國內外有多項3D打印頭模固定的研究，已有研究[14-15]取得了較好的效果，本研究組考慮后期將3D打印頭枕與3D打印頭模結合使用，希望對患者放療有更好的幫助；3）由于3D打印頭枕是個性化定制產品，相對傳統標準放療頭枕而言，需要一些制作時間，目前約為4～6 h，一般情況下患者在第一次采集頭頸部的CT數據后，需要等待頭枕打印出來后再進行放療定位，有可能需要多等待1天；4）雖然標準頭枕僅有4個型號，很難完美貼附不同體型輪廓的患者，起不到很好地固定和輔助擺位作用，但目前頭頸部放療定位的頭枕已經在臨床應用十幾年，也基本符合精準放療的要求，關鍵點在于能夠重復使用，不會給患者帶來額外經濟上的負擔。而3D打印頭枕雖然在頸椎位置具有明顯優勢，但在靶區整體的優勢并不明顯，且制作成本比較昂貴，愿意負擔的患者為少數，導致現階段無法大規模在臨床開展應用。因此，現階段僅能開展臨床研究，影響了本研究的實用性。但是相信隨著3D打印技術的發展和普及，打印時間及打印成本會進一步降低。另外，若將3D打印用品納入醫院采購，后期商業保險可以報銷，這樣相信會有更多的患者可以享受到此項技術帶來的益處。

綜上所述，3D打印個性化放療頭枕提高了鼻咽癌放療的擺位精度，提升了患者的放療舒適度，符合精準放療的臨床要求，可用于進一步的臨床研究。