3D打印模板引导125I放射性粒子组织间植入恶性肿瘤的临床应用

潘天帆， 陆 建， 王 勇， 朱光宇， 陈 荔， 郭金和

125I放射性粒子组织间植入是继手术、化疗和放疗之后的一种肿瘤治疗新手段。与外放疗相比，其肿瘤靶区剂量高、周围正常组织剂量低、手术并发症少，能有效控制局部病灶［1］。125I粒子在多种实体恶性肿瘤的治疗中，疗效得到了肯定，近年来在我国发展较快［2-5］。但目前粒子植入操作缺乏国际认可的规范化规程，主要依靠术者经验进行操作，术后粒子位置、剂量与术前计划难以统一，影响疗效［6］。国内有学者将3D打印技术应用到肿瘤125I粒子植入的引导，治疗方案通过3D打印制成个体化导向模板，在模板基础上结合CT引导行125I粒子植入手术［7］。我科于2016年3月—2017年6月应用3D打印模板联合CT引导125I粒子组织间植入治疗不可切除恶性肿瘤30例，取得较好效果，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 临床资料 选取2016年3月至2017年6月我科收治的3D打印模板引导粒子植入治疗肿瘤患者30例，其中男16例，女14例，年龄53～81岁，中位年龄68岁。入组标准：体力状况评分（KPS）＞60分；预期生存期≥3个月；无法行手术治疗或患者放弃对病灶行手术切除治疗；获得患者及家属的同意。排除标准：精神异常或有精神病史者；穿刺处皮肤感染、破溃；凝血功能异常：凝血酶原时间＞20 s，活化部分凝血酶原时间＞55 s，凝血酶凝固时间＞21 s，凝血酶原时间国际标准化比值（INR）＞2.5；肝肾功能不全；肝功能Child-Pugh分级为C级；肾小球滤过率≤29 mL·min-1·1.73 m-2，血清肌酐＞451 μmol/L，内生肌酐清除率≤19 mL/min。所有病例均经病理学证实为恶性肿瘤，原发性肿瘤8例，转移性肿瘤22例；手术部位：头颈部10例，椎旁2例，肺7例，胸壁2例，腹膜后2例，背部2例，肝脏5例。

1.1.2 仪器设备 使用美国GE公司生产的highspeed dual螺旋CT扫描仪；治疗计划系统（TPS）：Prowess Panther Brachy v5.0近距离治疗计划系统，由美国Prowess公司提供。3D打印模板由北京启麟科技有限公司提供，模板厚度5 mm，预设针道孔处厚10 mm，材料为somosⅢ22型树脂，使用sla600型3D打印机打印。18 G粒子植入针为日本Hakko株式会社生产。125I放射性粒子由上海欣科医药有限公司和北京原子高科股份有限公司提供，外形为圆柱形钛合金封装体，长度为4.5 mm，直径0.8 mm，半衰期分别为60.1 d和59.4 d，内有3.0 mm×0.5 mm的银柱吸附125I，其外是壁厚0.05 mm的钛壳，平均光子能量27～35 KeV，组织穿透距离1.7 cm，初始剂量率 7 cGy/h，粒子活度 14.8～29.6 MBq（0.4～0.8 mCi）。

1.2 方法

1.2.1 术前计划制定 术前病灶部位CT平扫和增强扫描，图像层厚为5.0 mm，根据手术需要选择合适扫描体位，并使用真空负压垫固定患者体位。通过CT扫描仪激光定位线，于患者目标病灶体表投影处附近粘贴3个标记点，3个标记点通常呈直角三角形排列，2条短边分别平行和垂直于激光定位线（见图1①）。此标记点需保留至手术时，用于3D打印模板的复位固定。另可通过激光定位线，于患者体表勾画定位线，辅助真空负压垫及标记点，使患者术中和术前体位基本一致。将CT图像资料（格式为dicom）导入Prowess Panther Brachy v5.0系统，进行靶区和危及器官（organ at risk，OAR）勾画，靶区包括大体肿瘤区（gross tumor volume，GTV）和计划靶体积（planning target volume，PTV），PTV 应大于GTV边缘约5 mm。选取合适的粒子活度（0.4～0.8 mCi），处方剂量（prescribed dose，PD）设定为100～140 Gy，根据靶区与危及器官、骨骼的关系设计进针路径，在针道上载入粒子，粒子间距5～20 mm，排布原则为“中央稀疏，周围密集”。靶区达到PD后即完成计划，记录D90（覆盖90%靶体积的剂量），D100（覆盖 100%靶体积的剂量），V100（100%PD 覆盖的体积占靶体积的百分比），V150（150%PD覆盖的体积占靶体积的百分比）等剂量学参数，生成剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH）。将计划传输到3D打印工厂制作成品。

图1 治疗过程示意

1.2.2 手术操作和术后验证 模板术前环氧乙烷55℃蒸汽消毒6～8 h。通过真空垫及体表定位线，调整患者体位与术前扫描时一致。常规消毒铺巾后，将模板放置于手术指定区域，模板上3个定位孔与3个标记点相对应。2%利多卡因局部浸润麻醉后，选择定位针道穿刺，穿刺深度20～40 mm，CT扫描，通过对比术前计划，确保定位穿刺针准确，如不准确，则需适当调整模板，重新穿刺，直至所有定位穿刺针位置与术前计划一致。将所有针穿刺至计划深度后，再行CT扫描，确保穿刺针已达肿瘤边缘远端。按术前计划依次植入粒子。术后立即获取CT图像，输入Prowess Panther Brachy 5.0系统，进行术后验证，记录剂量学参数，对植入质量进行评价，生成术后剂量体积直方图。

1.2.3 术后处理和防护 术后24 h内观察出血、穿刺部位疼痛、声音嘶哑、饮水呛咳、皮肤麻木、气胸、局部感染等近期并发症。术后防护遵循距离、时间和屏蔽防护三原则，即距离越远越好、时间越短越好、实施屏蔽措施。注意医护人员、患者家属、孕妇和幼儿的防护，距离100 cm以上。患者相对隔离或植入部位穿防护衣6个月以上。

1.2.4 评价指标 粒子植入质量评价标准采用BCCA标准，根据术后验证靶区D90、V100评价为优、良、中、差 4 组。 优：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 随访及统计学方法

使用SPSS Statistics version 21软件（IBM，美国）进行统计学分析，服从或近似服从正态分布的计量资料如手术前后的靶区体积以及 D90、D100、V100、V150等剂量学参数用均数±标准差（x±s）表示，采用配对t检验比较上述参数的差异。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 模板设计及过程

30例患者均成功打印出3D个体化模板，在模板基础上结合CT引导行125I放射性粒子植入手术，模板设计及手术具体过程见图1。

2.2 术后质量验证及评估

优：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）；术前 PTV 的范围是 15.9～265.5 cc，平均（64.4±58.4） cc；术后验证 PTV 范围是 18.5～267.8cc，平均（64.4±58.4） cc，两者比较差异有统计学意义（P＜0.05）。术后验证PTV存在差异病例均为术后较术前增大。术前D90、D100、V150分别为（11 945.6±1 157.0） cGy、（6 972.7±1 250.5） cGy、（58.0±4.4）%， 术后 D90、D100、V150分别为（11 839.0±1 117.0） cGy、（7 352.1±1 361.2） cGy、（57.6±4.1）%，上述指标手术前后比较差异均无统计学意义（均 P＞0.05）。 术前 V100为（91.1±1.8）%，术后 V100为（90.5±1.6）%，两者比较差异有统计学意义（P＜0.05）。详见表 1。

表1 30例患者靶区及剂量各参数比较结果 ±s

表1 30例患者靶区及剂量各参数比较结果 ±s

注：PTV：计划靶体积；D100：覆盖100%靶体积的剂量；D90：覆盖90%靶体积的剂量；V150：150%处方剂量覆盖的体积占靶体积的百分比；V100：100%处方剂量覆盖的体积占靶体积的百分比

参数 术前 术后 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 术中及术后24 h内并发症

术中可观察到3例气胸，发生率为3/7，2例＜15%，1例约30%，经保守治疗后，术后复查气胸自行消失；1例1/7术后可见少量咯血，予以白眉蛇毒凝血酶1 U肌内注射后，未再咯血。25例（83.3%，25/30）于拔针后可见局部少量出血，经局部压迫后止血，均未应用止血剂。余未见其他手术相关并发症。

3 讨论

3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，应用粉末状金属或塑料等粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式制造三维实体的先进技术。目前已经广泛应用于整形外科、骨科等临床科室，如骨折复位模板、内固定接骨板等［12-14］。3D打印导向模板联合CT引导125I粒子组织间植入技术，即在Prowess粒子植入系统上，根据靶区具体位置设计合理进针路线，制定粒子植入方案，术前计划将以3D打印的方式定制成个体化导向模板，在模板基础上联合CT引导行125I粒子植入手术。

本组患者均成功地在3D个体化模板基础上结合CT引导行125I放射性粒子植入手术，术后质量验证及评估示：①采用BCCA粒子植入质量评价标准，植入质量：优：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标准为英国哥伦比亚癌症研究中心［15］针对前列腺癌近距离治疗设立的标准，因其他实体肿瘤未有国际公认的粒子质量评价标准，故本研究用此标准进行评价。本组结果较张颖等［16］结果为好，考虑与病例选择、模板差异、技术经验等因素有关，实际植入质量均较为满意。其中植入质量未达“优”者6例，肺部4例，肝脏2例，病灶所在脏器活动度均较大，穿刺定位针时首次进针未到位，通过反复调整和控制患者呼吸运动后仍与计划位置有偏离，甚至部分病例出现气胸等并发症，导致粒子分布欠佳，植入质量较差。②手术前后PTV差异存在统计学意义，且术后PTV存在差异病例均为术后较术前增大，分析其原因：粒子植入过程导致的局部出血、水肿等因素；或有因技术原因，目前3D打印模板自术前扫描至手术需3～5 d，存在靶区短期内增大的可能。③D90、D100、V150等剂量学参数手术前后比较差异无统计学意义，表明3D打印模板可较好完成术前粒子植入计划，满足剂量学要求，且靶区内高剂量区控制较好，剂量分布均匀。④V100术前术后差异有统计学意义，一方面可能与手术前后PTV变化有关，另一方面，粒子植入过程中，退针控制不佳或肿瘤内部组织结构多样等原因导致粒子分布欠均匀。⑤本组病例气胸发生率为43.9%，高于Zhang等［17］所报道的20.8%（5/24），考虑与术中反复调整定位针有关。而咯血发生率则与Zhang等［17］所报道一致。其余病例未观察到如大出血、感染、声音嘶哑等严重近期并发症，表明此技术较为安全。

综上所述，3D打印模板联合CT引导125I放射性粒子组织间植入治疗恶性肿瘤，操作简便，可较好地完成术前计划，达到剂量学要求，具有一定的准确性和安全性，为标准化、规范化粒子植入治疗提供了有效工具，有很好的应用前景。