3D打印组织补偿块在鼻腔NK/T细胞淋巴瘤放疗中的应用

李进，黄玉胜，杨镇洲，黄顺平

重庆医科大学第二附属医院肿瘤科，重庆 401336

前言

鼻腔NK/T 细胞淋巴瘤是主要原发于鼻腔、鼻咽及其他面部中线结构的一种非霍奇金淋巴瘤，该型淋巴瘤虽然全球罕见，但在东亚和南美洲比较普遍［1-3］。对于早期（ⅠE、ⅡE 期）的结外鼻型NK/T 细胞淋巴瘤，放疗能取得很好的局部控制效果，无论是在近期疗效还是远期生存方面均优于化疗，是早期患者的主要根治手段［4-8］，但靶区剂量不足可能会增加肿瘤复发的风险。

肿瘤放疗中，MV 级光子线进入人体时会产生剂量建成效应［9-12］，即最大吸收剂量在皮下某一深度，而浅表区域低剂量。为提高浅表靶区的剂量，多采用组织补偿物来增加患者照射区的组织厚度，达到调整射线剂量分布及提高皮肤和皮下剂量的目的［13-15］。目前，临床常用的组织补偿物有块状的硅胶和聚苯乙烯，材料密度与水密度接近，其相对柔软的材料特性使之能很好贴合到人体表面，但对于外轮廓不规则的部位而言，常用的块状组织补偿物不能和外轮廓贴合，两者之间有很大空气间隙。当空气间隙大于5 mm 时，就会显著降低体表剂量（10%左右）［9-10］。缩小组织补偿物与体表之间的空隙可以改善靶区剂量均匀性，提高放疗精度［16］。近年来，随着3D 打印技术的快速发展，通过3D 建模和打印技术可制作出高度贴合人体表面的个性化组织补偿物［17-18］，在一些表面凹凸变化较大的器官，如鼻腔部位，3D打印的鼻腔部组织补偿物可与皮肤紧密贴合，缩小空气间隙。本研究主要研究3D打印组织补偿物在早期鼻腔NK/T细胞淋巴瘤放疗中的剂量学影响。

1 资料与方法

1.1 病例资料

10 例鼻腔NK/T 细胞淋巴瘤，既往无接受放疗患者，卡氏评分≥70，男性7例，女性3例，年龄27～66岁，中位年龄45岁，Ann Arbor分期IE期。

1.2 定位及组织补偿块制作

Philips 大孔径CT 扫描，扫描层厚3 mm，扫描范围为头颈至锁骨下2 cm。患者仰卧位，双手放于身体两侧，头颈肩热塑膜固定。

首先进行第一次无组织补偿块的CTno-bolus图像扫描，所有图像以DICOM 格式传至Varian Eclipse 8.6计划系统，并融合MRI 图像，勾画靶区及危及器官（Organs-at-Risk, OAR）；然后把所有CTno-bolus图像和轮廓以DICOM RT 格式导出至三维医学影像处理软件PMT 3D 1.0（苏州普能医疗科技有限公司）中重建患者3D图像，并标注组织补偿块的范围，生成组织补偿块模型文件；最后将模型文件导入至PMT Medical 3D 打印机中，采用柔性的硅胶材料（由二甲基硅氧烷、二氧化硅粉和聚二甲基硅氧烷组成）打印1 cm 厚的组织补偿块。根据计算公式T水=T硅胶×ρ硅胶×(Z/A)硅胶/(Z/A)水［19］，式中，T水为T硅胶的等效水厚度，物理密度ρ硅胶约为1.1 g/cm3，Z 为材料原子序数，A 为材料原子量，(Z/A)硅胶=0.540，(Z/A)水=0.555，得到1 cm的硅胶组织补偿块在6 MV光子下水的等效厚度为1.07 cm。

第二次扫描时，将制作好的组织补偿块置于患者鼻腔部位，与体表轮廓完全重合；然后重新热塑膜固定，重复第一次CT 扫描步骤，得到CTbolus图像，将CTbolus图像以DICOM 格式通过网络传至放疗计划系统，与CTno-bolus图像进行配准融合，并把在CTno-bolus图像上将勾画好的靶区复制到CTbolus图像。

1.3 靶区和OAR勾画

靶区定义参考ICRU 50 号和60 号报告标准，在CT 与MRI 的融合图像上勾画：肿瘤局限一侧鼻腔，未侵犯临近器官或组织结构，靶区包括双侧鼻腔、同侧前组筛窦和同侧上颌窦；肿瘤侵犯双侧鼻腔或鼻中隔，靶区包括双侧鼻腔、双侧前组筛窦和双侧上颌窦；肿瘤超出鼻腔时，靶区应扩大至受累的临近器官或组织，如前组筛窦受浸，应包括同侧后组筛窦；肿瘤浸及后鼻孔或鼻咽，照射野包括鼻咽部。实际照射时，除需照射上述组织或结构外，还需根据病例分期行双颈淋巴结照射。放疗靶区主要包括原发大体肿瘤（Gross Target Volume,GTV）、周围的亚临床病灶（Clinical Target Volume, CTV）及CTV 外放3 mm 的计划靶区（Planning Target Volume, PTV）。OAR 在CT 图像上逐层勾画，包括晶体、眼球、视交叉、视神经、脑干、脊髓、腮腺等。

1.4 放疗计划设计

PTV 处方剂量50 Gy/25 次，剂量归一点为射野中心点靶区中心，要求95%等剂量线包住100%的PTV。

10例患者采用IMRT或RapidArc计划。（1）IMRT计划：采用6 MV X 线，均分9 野共面照射。（2）RapidArc 计划：采用2 弧共面照射，顺时针机架起始角181°，终止角179°；逆时针起始角179°，终止角181°；床角均为0°，机头分别45°和315°，6 MV X 射线，最大剂量率600 MU/min。根据处方要求设置目标条件优化靶区，并将周围的脑干、脊髓、腮腺、晶体、视交叉、视神经和眼球等OAR 设为剂量限制器官。每例患者分别在CTno-bolus和CTbolus上设计两个计划。

1.5 计划评估

每例患者均设计2 个放疗计划，共20 个计划，对下列各项指标进行比较。靶区：D98%（PTV 98%体积所受到的最小照射剂量），D2%（PTV 2%体积所受到的最大照射剂量），Dmax（PTV 中最大剂量点），Dmean（PTV 所受到的平均照射剂量），靶区适形度指数CI（Conformity Index,CI=VPIV/VPTV，VPIV为参考等剂量线包绕的所有体积，VPTV为靶区体积，CI 越接近1 表示剂量适形度越好）［20-21］，靶区均匀性指数（Homogeneity Index，HI）定义为（2%PTV 接受的剂量-98%PTV 接受的剂量）/处方剂量，此值越接近0 表示均匀性越好。OAR 评估参数包括视交叉、左视神经、右视神经、左眼、右眼、左晶体、右晶体、脊髓、脑干、左腮腺、右腮腺的Dmax和Dmean。

1.6 统计学分析

采用SPSS 17.0 软件对数据进行统计学分析，结果用均数±标准差表示，各组数据行配对t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 评估3D打印组织补偿块的临床应用

3D 打印组织补偿块个性化制作，图1可以看出组织补偿块与体表轮廓贴合紧密，质地均匀，保证了组织补偿的有效性。

图1 3D打印组织补偿块CT图像Fig.1 CT images of 3D printed bolus

2.2 剂量学比较

如表1所示，3D 打印组织补偿块组PTV 的D98%相比无组织补偿块组大（P<0.05），3D 打印组织补偿块组计划的D2%和Dmax（热点）均较小（P<0.05），此外，3D打印组织补偿块组相比无组织补偿块组的靶区适形度和靶区均匀性更好（P<0.05），3D 打印组织补偿块组的机器跳数相比无组织补偿块组少。

表1 无组织补偿块和3D打印组织补偿块计划的靶区剂量学比较（± s）Tab.1 Dosimetric comparison of planning target volume between Planno-bolus and Planbolus(Mean±SD)

表1 无组织补偿块和3D打印组织补偿块计划的靶区剂量学比较（± s）Tab.1 Dosimetric comparison of planning target volume between Planno-bolus and Planbolus(Mean±SD)

剂量学指标无组织补偿块组3D打印组织补偿块组P值D2%/cGy D98%/cGy Dmax/cGy Dmean/cGy CI HI机器跳数/MU 5 463±28 4 751±101 6 167±116 5 228±82 1.23±0.02 0.14±0.24 838±405 5 424±35 4 842±55 5 561±84 5 192±96 1.08±0.01 0.12±0.01 642±233 0.021 0.001 0.000 0.092 0.000 0.001 0.011

如表2所示，眼球、脊髓和脑干的Dmax和Dmean两组计划比较均无统计学差异；左右视神经、晶体和腮腺的Dmax和Dmean均表现为3D打印组织补偿块组更小（P<0.05），而视交叉的Dmax和Dmean均表现为3D 打印组织补偿块组更大（P<0.05）。

表2 无组织补偿块和3D打印组织补偿块计划的OAR剂量学比较（cGy，± s）Tab.2 Dosimetric comparison of organs-at-risk between Planno-bolus and Planbolus(cGy,Mean±SD)

表2 无组织补偿块和3D打印组织补偿块计划的OAR剂量学比较（cGy，± s）Tab.2 Dosimetric comparison of organs-at-risk between Planno-bolus and Planbolus(cGy,Mean±SD)

危及器官剂量学指标无组织补偿块组P值视交叉Dmax Dmean左视神经Dmax Dmean右视神经Dmax Dmean左眼球Dmax Dmean右眼球Dmax Dmean左晶体Dmax Dmean右晶体Dmax Dmean脊髓Dmax Dmean脑干Dmax Dmean左腮腺Dmax Dmean右腮腺Dmax Dmean 4 509±133 3 041±99 4 798±242 4 177±286 5 032±75 4 595±183 4 490±217 2 303±212 5 397±281 2 419±223 1 034±115 839±72 1 005±44 816±46 3 484±476 1 722±67 4 462±170 2 749±327 5 342±446 2 545±223 5 154±134 2 506±41 3D打印组织补偿块组4 702±152 3 272±103 4 646±312 3 975±359 4 802±102 4 201±223 4 356±231 2 000±237 5 165±424 2 270±264 897±109 759±67 866±89 745±41 3 318±546 1 126±76 4 678±441 2 712±148 5 123±531 2 169±145 4 696±112 2 092±67 0.020 0.014 0.010 0.000 0.000 0.000 0.211 0.750 0.862 0.553 0.040 0.000 0.020 0.000 0.123 0.363 0.432 0.223 0.030 0.011 0.031 0.003

对于靶区的剂量分布，3D 打印组织补偿块有效提高了靶区紧邻皮肤区域剂量（图2）。

图2 靶区在无组织补偿块和3D打印组织补偿块计划中的剂量分布（50 Gy）Fig.2 Dosimetric distribution of PTV in Planno_bolus and Planbolus(50 Gy)

3 讨论

放疗是早期鼻腔NK/T 细胞淋巴瘤的主要的根治手段。据文献报道，早期鼻腔NK/T 患者在接受放疗后仍有41%～50%出现局部复发［22］，这些出现局部或区域治疗失败的患者生存时间将会明显缩短。因此，保证靶区剂量，减少周围OAR受量是保证局部不复发和减少辐射副反应的重要因素。在鼻腔NK/T细胞淋巴瘤放疗计划的设计中，眼球、晶体离靶区特别近，晶体对剂量限制要求严格，加上本研究中两例鼻腔NK/T 细胞淋巴瘤患者靶区紧邻体表且靶区鼻腔内含有空腔使密度不均匀，这增加了计划设计的难度，是鼻腔NK/T 细胞淋巴瘤放疗计划的难点之一。本研究中3D 打印组织补偿块的使用，在限制晶体剂量的同时，有效提高了靶区临近体表的剂量。

临床最常用的组织补偿块为市售等效组织补偿膜，外形为均匀厚度的块状膜体，可剪成任意面状的二维形状，个性化程度低，只适用于平整的体表，无法满足特殊部位（如本研究中的鼻腔，外形凹凸不平）的紧密贴合，影响剂量分布及计划系统剂量计算的准确性。目前各种治疗计划系统所默认的虚拟组织补偿块都是密度均匀、厚度均匀、紧贴体表的理想状态，而实际上临床常规的组织补偿块不能达到这种理想状态，导致计算剂量与实际剂量存在很大误差，影响剂量计算的精度，甚至可能造成不可接受的损伤［23］。所以，本研究在CT 定位时先放置3D 打印组织补偿块，然后热塑膜固定，最后进行放疗计划设计，从而弥补虚拟组织补偿块位置不确定的缺陷，同时，3D 打印组织补偿块表现出虚拟组织补偿块与皮肤相等的紧密贴合性。

除了适用于本研究的鼻腔NK/T 细胞淋巴瘤外，3D 打印组织补偿块还可应用到各种浅表性病变，如头颈部、会阴区等体表不规则的部位，除了提高浅表靶区的剂量分布，还可起支撑固定作用，如阴囊、阴茎部位，同时提高摆位精度［7］。

综上所述，本研究采用的3D 打印组织补偿块均匀性好、个性化程度高，有效改善了鼻腔NK/T 细胞淋巴瘤放疗计划浅表靶区的剂量，值得临床推广应用。