肺癌放射性粒子植入精确穿刺方法研究进展

石树远 综述,关志宇 审校

(天津医科大学第二医院胸外科 300211)

近年来，125I放射性粒子植入在恶性肿瘤治疗领域获得快速发展，被广泛应用于前列腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌及各种复发转移恶性肿瘤的治疗中[1-7]。前列腺癌125I放射性粒子植入因采用超声引导会阴部模板辅助植入的标准手术方式，术中125I放射性粒子植入与术前计划一致，确保了前列腺癌瘤体内获得精准的放射剂量，肿瘤控制理想，并发症发生率低，美国国立综合癌症网络(NCCN)指南已经将其作为早期前列腺癌的标准治疗手段之一。

125I放射性粒子植入属于内放射治疗，规范的操作程序为：确定肿瘤计划靶区(planning target volume,PTV)、计划系统(treatment planning system,TPS)制订术前计划、影像学引导穿刺、术中粒子植入、术后验证。精准的放射剂量学是治疗成败的关键，即肿瘤靶区内的肿瘤组织得到处方剂量(priscribed dose,PD)，而靶区外正常组织尽量避免放射性损伤。前列腺癌瘤体固定、穿刺路径无遮挡，术中在超声引导、模板辅助下根据术前计划穿刺布针，能实现粒子在靶区内三维空间合理分布。肺癌因为瘤体不固定(呼吸运动和穿刺肺组织造成的气胸均可导致瘤体位置发生变化)、肋骨遮挡等因素的影响，术中很难准确按照术前计划进行穿刺及放射性粒子植入。为准确穿刺肺癌瘤体这一难题，CT引导下的精准穿刺方法一直是肺癌放射性粒子植入治疗领域研究的热点。

1 开展125I放射性粒子植入治疗肺癌初期的穿刺方法

125I放射性粒子植入治疗肺癌开展于1987年，HEELAN等[8]首先开始在CT引导下对不能手术的早期肺癌患者进行125I放射性粒子植入治疗，局部控制率达到85.7%(6/7)。

2002年125I放射性粒子植入治疗肺癌在国内逐步开展，肺癌放射性粒子植入工作处于起步阶段，缺乏相关的设备,如TPS、植入模板、模板固定及导航等装置。针对肺癌瘤体的穿刺植入方法多采用非模板徒手穿刺，如单针放射状反复穿刺或多针交叉穿刺。由于没有建立规范的操作流程，术中穿刺布针和放射性粒子植入完全依靠术者的经验与技术，植入放射性粒子的位置和数量很难满足剂量学要求，导致靶区出现剂量冷区和热区，后果是降低治疗效果同时增加辐射损伤。

为了提高CT引导下穿刺的精准度，国内的一些学者开始尝试辅助穿刺的方法。按照术前计划确定的进针部位在皮肤穿刺点作1 mm若干小切口，在切口处进穿刺针，到达位置后植入粒子源[9]。在CT扫描前用自制栅格贴于肿瘤在皮肤的投影区，通过CT定位、定角度、分步进针对肿瘤进行穿刺及放射性粒子植入[10]。

由于TPS制订的术前计划是基于曼彻斯特原则并采用模拟模板来制订的，如果没有模板的引导是无法按照术前计划进行植入的。上述尝试虽然在一定程度上简化了穿刺难度，提高了穿刺的精度，但无法保证放射性粒子在瘤体内合理排布。

2 共面模板在125I放射性粒子植入治疗肺癌中的应用

125I放射性粒子植入治疗前列腺癌是在超声引导下经会阴模板辅助穿刺完成的。使用的模板呈正方形，内有许多小孔，小孔间隔5 mm。模板上的每个小孔都有一个相对应的数字化坐标与TPS术前计划中模拟模板上的数字化坐标相对应。实体模板固定在步进器上，按照TPS模拟模板指示信息在实体模板上相应的位置进针排布125I放射性粒子，以实施术前计划，保证125I放射性粒子植入具有高度精确性[11]。

受到125I放射性粒子植入治疗前列腺癌术中应用模板的启发，柴树德等[12]开始在CT引导下125I放射性粒子植入治疗肺癌中使用方形矩阵式模板，模板上小孔同样间隔5 mm。通过使用模板可以使针道接近平行排布，提高了穿刺插植的精确性[13]。方形矩阵式模板没有支撑固定装置，只能依靠手术膜贴敷于胸壁，一经贴牢便不能移动，而且进针角度固定不可调，经肋间穿刺，不能避开肋骨的遮挡，无法完全满足放射性粒子合理排布的要求。

2009年体部固定支架+矩形矩阵内圆形模板研制成功和使用，进一步提高了穿刺插植的精确性[14]。模板内圆形部分可360°旋转，穿刺进针角度灵活可变，可以根据需要随时调整，能在一定程度上避开肋骨的遮挡，基本能保证靶区内粒子合理分布，很大程度上解决了放射性粒子植入术中质量控制这一难题。矩形矩阵内圆形模板的应用在提高了穿刺插植的精确性的同时，还大大缩短了手术时间，减少了患者和术者的术中辐射剂量[15-16]。

由于矩形矩阵内圆形模板上没有相应的数字化坐标以对应TPS术前计划中模板的数字化坐标，使用这种模板引导放射性粒子植入并不能做到术中植入与TPS术前计划相一致。由于模板厚度有限，长距离穿刺穿刺针道会有一定程度的偏移，此外模板内部旋转不能完全避开肋骨的遮挡。

3 3D打印模板在CT引导下125I放射性粒子植入治疗肺癌中的应用

3D打印模板是指通过影像学数字化信息系统，把肺癌患者肿瘤扫描信息输入到计算机治疗计划系统，打印出指导放射性粒子植入的模板。3D打印模板(3D-printing template，3D-PT)分为3D打印共面模板(3D-printing coplanar template，3D-PCT)和 3D打印非共面模板(3D-printing non-coplanar template，3D-PNCT)。两种模板各有适用范围。

3D-PCT形状传承于方形矩阵式内圆形模板，是通过3D打印技术打印出的具有坐标系和标示系统的平面模板。模板上的每个小孔都有一个相对应的数字化坐标与TPS的模拟模板相对应，适用于全部针道可进行平行插植肿瘤的治疗。肺癌放射性粒子植入中应用3D-PCT时如遇到肋骨遮挡，可先使用肋骨钻对肋骨打孔，再进行穿刺布针[17]。3D-PCT上的孔位坐标为植入针提供了精确的引导，放射性粒子排布精准到位，术前计划可得以实施[18]。

3D-PNCT是将肿瘤信息通过数字化处理后传输到TPS，医生和物理师勾画靶区、定义处方剂量和设计针道信息，然后使用3D打印机打印出个体化模板。3D-PNCT在设计上打破了3D-PNCT平行针道的原则,模板与人体表面能完美贴合,具有很好的适形性,适用于不同平面针道无法保持平行插植肿瘤的治疗，模板上标记有坐标系、标示系统和象限分隔，用于术中复位和指导穿刺。3D-PNCT能降低植入操作的难度和风险，能减少或避免对骨骼的打孔，减少患者痛苦[19-20]。根据针道上的数字化信息进行穿刺布针，减少术中扫描次数，缩短手术时间，提高手术效率，降低手术难度。使用3D-PNCT引导穿刺具有定位、定向准确的特点，可明显提高治疗的精确性，避免插植操作的盲目性，目前3D-PNCT不仅应用于肺癌的放射性粒子植入，还应用于其他复杂解剖结构区域的恶性肿瘤，如肝癌、头颈部恶性肿瘤及椎旁/腹膜后肿瘤的治疗，均获得术前、术后治疗计划匹配和植入精确的效果[21-24]。

3D-PCT上有多个针道可以选择，应用时不需要复位。3D-PNCT对患者术中复位要求较高。王俊杰[25]利用4D-CT扫描技术、坐标系理念和固定针技术、激光定位系统及真空负压固定垫使患者术中能做到精确体位复位，实现术中复位与术前治疗计划高度融合。通过术前、术后剂量学比对，证明3D-PT辅助技术完全可以精准实现术前计划。

3D-PT技术可实现不同部位、运动器官和不规则形状肿瘤放射性粒子植入剂量最佳适形度，进而全面提高了放射性粒子植入治疗的精度和效率，操作更简便、更安全，真正实现了肿瘤局部剂量更高、周围组织损伤更小的目的，是放射性粒子植入治疗恶性肿瘤领域的一场革命。虽然3D-PT技术有许多优点，但是如果肿瘤自身体发生体积变化(3D-PT定制需1周左右时间，肿瘤体积因生长增大或因化疗缩小)或因穿刺形成气胸造成肿瘤位置改变等情况会影响模板与靶区的复位，进而影响术前计划的实施。

4 机器人在CT引导下125I放射性粒子植入治疗肺癌中的应用

CT是125I放射性粒子植入治疗肺癌理想的影像引导方式，但是常规CT不能做到实时引导穿刺，术者往往需要根据多次CT扫描来调整穿刺的角度和深度。如果肿瘤临近心脏、大血管等危险器官，这种非实时影像引导穿刺会增加发生严重并发症的概率。CT透视技术是指运用螺旋CT快速连续扫描实现在监视器中实时显示被检组织的断层图像。利用CT透视导技术引导穿刺进行125I放射性粒子植入，可以实时观察穿刺进针的方向和深度，使125I放射性粒子植入过程接近实时可视化。利用CT透视引导125I放射性粒子植入，手术时间与传统CT引导相比明显缩短,而且手术相关并发症的发生率也明显降低[26]。利用CT透视可接近实时引导穿刺，大大提高穿刺精度，但是术者接受放射剂量也将增大，这也限制了CT透视技术在125I放射性粒子植入中的应用。

近年来机器人技术在医疗领域发展迅速，达芬奇机器人系统获得了巨大的成功。国内学者对机器人辅助125I放射性粒子植入进行积极的探索和尝试。朱衍菲等[27]使用机器人导航辅助CT透视技术引导穿刺肺癌125I放射性粒子植入，与常规CT引导肺癌125I放射性粒子植入术相比CT扫描次数少，辐射剂量小、穿刺精度高，具有较高的临床应用价值，但目前开展例术还不多，机器人的应用也仅仅限于植入针的穿刺，放射性粒子植入还需手动完成，而其安全性和手术时间还需进一步观察。理想的肺癌放射性粒子植入机器人要不仅能实现自动穿刺而且能实现放射性粒子自动植入，在能提高手术安全性的前提下降低患者和术者接受的辐射剂量。目前用于前列腺癌放射性粒子植入的机器人及颅颌面部诊断穿刺机器人正在积极地研发中。相信不久的将来，会有较好的可操作性和稳定性，提高植入手术安全性，满足穿刺和植入自动化的肺癌放射性粒子植入机器人应用于临床。

5 结 语

肺癌放射性粒子植入的穿刺方法经历了早期徒手穿刺、共面模板辅助穿刺、3D-PT辅助穿刺等发展阶段。共面模板的使用在一定程度上提高了穿刺插植的精确性，基本能保证靶区内粒子合理分布。3D-PT的应用进一步提高粒子植入治疗精度，值得推广。但是3D-PT也有自身的局限性，需要注意适应证的选择。CT透视引导下穿刺精确高、安全性好，是理想的穿刺方式，但术者接受的辐射限制了其应用。期待不久的将来，能有保证安全精确,穿刺和植入自动化的肺癌放射性粒子植入机器人应用于临床。