3D 打印阴道模型塞应用在宫颈癌近距离治疗中的剂量学研究

陶 娜 安永伟 欧阳水根 罗 莉 孙晓燕 张春林 魏玺仪

（甘肃省肿瘤医院放疗科 兰州730050）

近距离放射治疗是宫颈癌放射治疗中的重要组成部分，其中包含组织间照射与腔内照射两大类。其中，组织间照射指的是将放射源插入肿瘤组织间所展开的照射治疗，腔内照射是指将完全密封的照射源放入病人的天然官腔中（如阴道、子宫等）所展开的照射治疗。随着治疗技术的发展，三维近距离治疗能使剂量曲线更好地适应肿瘤靶区，同时能更好地保护危及器官（Organs at risk，OARs）［1-2］。随着3D打印技术在医学领域的不断发展壮大，近年来3D打印技术也应用到了宫颈癌的近距离治疗中，各种3D打印模型辅助于近距离插植治疗。

本文将研究3D打印阴道模型塞插植治疗（3D printing interstitial BT，3DP-ISBT）在宫颈癌近距离中的应用，肿块体积在50～90 cm3之间，并与常规的三维腔内治疗（Intracavitary BT， ICBT）进行对比，评估3D打印阴道模型塞在大肿块宫颈癌近距离治疗中应用的可行性，为临床应用提供参考。

1 资料与方法

1.1 样本资料

收集甘肃省肿瘤医院放疗科2017 年5 月至2019 年5 月收治的宫颈癌患者行近距离放射治疗，肿块体积在50～90 cm3之间的患者27例，所有患者经病理明确诊断为宫颈鳞状细胞癌，均接受体外放射治疗和近距离放射治疗，均于外照射30 Gy后开始行近距离放射治疗。近距离治疗中，14 例患者行3DP-ISBT 治疗，另13 例行ICBT 治疗。行3DP-ISBT 治疗的患者，年龄41～74 岁，中位年龄52 岁。行ICBT 治疗的患者，年龄30～71 岁，中位年龄54 岁。两组患者一般状况均可，卡氏评分均大于80 分。所有患者治疗前均签署知情同意书。本研究获得本院伦理委员会批准。

1.2 施源器置入和CT 扫描

所有患者术前留置导尿管、截石位躺至转移床上，消毒，铺无菌洞巾，遵循常规手术无菌观念。3D 打印阴道模型塞插植患者需满足有创手术实施条件，术前凝血、血压、血常规及常规心电图均正常。ICBT：将扩阴器插入阴道内，暴露阴道壁、宫颈及穹窿部，夹闭导尿管，打入100～200 mL盐水，行宫腔探查，选取合适角度（0°、15°、30°、45°）及长度（3～7 cm）的宫腔管，置入宫腔管及2根穹窿管，用无菌纱布条填塞上下两面以保护膀胱及直肠，固定施源器，将患者移至CT 床，以3 mm 层厚扫描图像重建并传至Oncentra brachytherapy 治疗计划系统。3DP-ISBT：（1）3D打印阴道模型塞制作，根据患者层厚为1 mm 的CT 影像资料数据为患者设计个体化阴道施源器，用热塑性塑料进行3D打印，重塑出3D模型，施源器中间为宫腔管通道，周边设计6个插植针置入通道，见图1；（2）施源器置入，用无菌纱布沾取利多卡因阴道填塞麻醉，夹闭导尿管，打入100～200 mL盐水，将模型塞置入患者阴道，置入合适角度的宫腔管，根据肿瘤的位置选择合适的通道植入20 cm金属插植针，插植针植入深度根据肿瘤大小及位置确定，将患者移至CT 床，以3 mm 层厚扫描图像重建并传至Oncentra brachytherapy 治疗计划系统。

图1 3D打印阴道塞模型Fig.1 3D printed vaginal plug model

1.3 靶区及危及器官勾画

临床医生按照欧洲放射治疗协会（GECESTRO）［3］的推荐标准进行HR-CTV 和OARs 勾画。HR-CTV 包括肿瘤区及阴道上段、部分宫体（可依据妇科检查及影像学检查适当调整），部分病例HR-CTV 勾画位置低至阴道中下段。其中ICBT 组HR-CTV 包含≤1/3 阴道7 例，6 例包含＞1/3阴道，3DP-ISBT 组HR-CTV 包含≤1/3 阴道6 例，8例包含＞1/3阴道，两组HR-CTV包含大致位置基本相同。OARs包括直肠和膀胱，直肠自肛管到骶三椎体水平与乙状结肠相接，膀胱以其外轮廓为准。

1.4 计划设计

在医科达Oncentra brachytherapy放疗计划系统上设计计划。施源器重建参考GEC-ESTRO的推荐标准进行重建，步长2.5 mm，OFFSET 值6 mm。计划优化采用逆向优化，处方剂量为6Gy/4次。单次治疗计划要求6 Gy包绕至少90%HR-CTV体积，膀胱、直肠D2cc剂量分别≤80%、70%单次处方剂量。另外需结合外照射+内照射总剂量下的直肠、膀胱的等效生物剂量（Equivalent dose in 2 Gy/f，EQD2）限制条件（直肠：D2cc＜75 Gy，膀胱：D2cc＜80 Gy）进行调整。如果逆向计划未达到临床满意结果，可手动调整直至得到最优结果。记录各患者HR-CTV 的体积大小数据和90% HR-CTV 接收到最低的照射剂量数据D90，分别记录膀胱、直肠大于1 cm3、2 cm3、3 cm3体积接收到的照射剂量数据D1cc、D2cc和D3cc。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 靶区参数比较

图2 显示了两组患者具体HR-CTV 体积大小。表1 为两组计划HR-CTV 体积大小及D90受照剂量统计分析结果。图3 为ICBT(a)与3DP-ISBT(b)两组计划剂量分布图。

图2 两组病例HR-CTV体积大小散点图Fig.2 Scatterplot of HR-CTV volume in two groups

表1 两组患者靶区参数比较（±s）Table 1 Comparison of target between two groups（±s）

表1 两组患者靶区参数比较（±s）Table 1 Comparison of target between two groups（±s）

参数Parameters靶体积Target volume/cm3 HR-CTV D90/Gy ICBT(n=13)67.10±9.02 6.00±0.01 3DP-ISBT(n=14)70.43±13.65 6.01±0.01 t p-0.741 1.750 0.465 0.080

图3 ICBT(a)与3DP-ISBT(b)两组计划剂量分布图Fig.3 Dose distribution of ICBT(a)and 3DP-ISBT(b)

由图2和表1可以看出：3DP-ISBT组HR-CTV体积大于ICBT组，但无统计学差异（p＞0.05）；两组HR-CTV 的D90都达到了处方剂量要求，但无统计学差异（p＞0.05）。由图3 也可以看出，两组的处方剂量曲线都能很好的包绕靶区，保证靶区得到足够剂量的照射。

2.2 危及器官剂量学比较

表2 为两组患者危及器官参数。由表2 可知：3DP-ISBT 组膀胱的受照剂量D1cc、D2cc和D3cc均低于ICBT组，有统计学差异（p＜0.05），其中各参数之间的差值均在1.5 Gy左右；而两组直肠D1cc、D2cc和D3cc的受照射情况基本相同，无统计学差异（p＞0.05）。

表2 两组患者危及器官参数比较Table 2 Comparison of OARs between two groups （±s）

表2 两组患者危及器官参数比较Table 2 Comparison of OARs between two groups （±s）

参数Parameters ICBT(n=13)3DP-ISBT(n=14)膀胱Bladder D1cc/Gy 6.00±1.38 4.35±1.17 3.385 0.002 D2cc/Gy 5.54±1.29 4.00±1.05 3.415 0.002 D3cc/Gy 5.10±1.13 3.70±1.02 3.368 0.002 t p直肠Rectum D1cc/Gy 3.89±0.68 3.90±0.62-0.050 0.961 D2cc/Gy 3.56±0.61 3.61±0.58-0.202 0.842 D3cc/Gy 3.27±0.50 3.33±0.61-0.322 0.750

3 讨论

近距离放射治疗在宫颈癌中的应用已有近百年的历史，在宫颈癌放疗中不可缺少，目前研究已经证明：缺少近距离放射治疗会显著降低宫颈癌放疗的疗效，宫颈癌后装近距离治疗是外照射治疗的补充，能显著提高靶区剂量以提高局部控制率，从而延长宫颈癌患者的总生存期［4］。腔内三维后装治疗是将施源器放置于阴道和宫腔管中的治疗，是一种无创操作，可在三维方向上根据肿瘤靶区的形状和走势在计划中进行优化设计，达到较满意的计划［5］。三维治疗的应用改变了传统二维治疗的剂量曲线形状，提高了靶区适形度，更好地保护了危及器官。组织间插植治疗是将插植针植入肿瘤内部的一种有创操作，需要在局麻或全麻下进行，靶区的剂量分布更优，能达到更好的治疗效果［6］。在插植治疗中，靶区和危及器官的受照剂量由植入的插植针数量和深度决定，国内外研究者［7-10］研究了不同插植针数和插植针深度，都达到了统计学意义。目前，关于插植针的数量和深度，各研究中心的做法都不尽相同。随着现代技术的发展，近年来3D打印技术在医学领域被广泛应用，为患者带来了个体化、精准化的治疗。于浪等［11］将3D 打印技术引入近距离治疗中，与组织间插植治疗相结合，在保证了治疗精度的同时简化了流程，减少患者的痛苦。袁香坤等［12］研究了将3D 打印微创导向插植模板应用在肿瘤大小为29～58 cm3的宫颈癌近距离治疗中，取得了较好的疗效。本文使用的3D打印阴道模型塞是根据患者的CT影像数据打印而成，不受患者阴道条件的限制，制作时设计预留了多个插植针植入通道。在治疗实施过程中，阴道塞很容易放入患者的阴道中，而且完全符合患者本人的阴道情况，又可根据患者影像数据上病灶的大小和位置确定插植针植入的位置和深度，植入的各插植针相互平行，无交叉，操作方便简单，位置固定。

张宁等［8］总结得出，组织间插植放疗适用于大肿块、分期较晚、治疗残留、肿瘤位置偏心等病例。本文选取的HR-CTV 体积在50～90 cm3之间，体积较大，且两组HR-CTV 包括范围基本一致。统计分析结果显示两组体积大小基本一致，D90的受照剂量均达到处方要求。临床中处方剂量达到要求是设计计划必须的条件，所以两者之间没有差别是合理的，但也能说明3DP-ISBT技术在大体积肿块的宫颈癌近距离治疗中处方剂量曲线能够很好地包绕靶区，满足处方要求，从而很好地杀死肿瘤，而且在此条件下进行OARs对比是合理的。

GEC-ESTRO 推荐D2cc作为膀胱、直肠危及器官评价的主要参考指标［3］。安菊生等［13］也研究了宫颈癌腔内放疗联合外照射膀胱、直肠危及器官的限量，认为D2cc＜75 Gy时放射性直肠炎发生的概率较低，得出D2cc可作为评价危及器官的一个稳定参数。在宫颈癌的近距离治疗中，在满足处方剂量的同时，要尽可能地降低膀胱、直肠的受照剂量。本研究基于近距离单次治疗计划分析OARs的受照剂量，单次受照剂量的降低也等同于降低了内照射联合外照射OARs 的受照剂量。文中3DPISBT 组 膀 胱D1cc、D2cc、D3cc的 受 照 剂 量 均 小 于ICBT 组，有统计学差异，其中D2cc的受照剂量降低了1.5 Gy；直肠D1cc、D2cc、D3cc的受照剂量与ICBT组基本一致，D2cc的受照剂量差值仅为0.06 Gy。单次近距离治疗膀胱D2cc受照剂量降低1.5 Gy，整个4 次近距离治疗中膀胱的D2cc受照剂量就会降低6 Gy，这极大降低了膀胱的受照剂量，同时D1cc的降低也说明在近距离照射中膀胱受到的最大剂量降低，使膀胱受到更好的保护，也等同于整个内外照射放疗中更好地保护了膀胱。而近距离治疗中膀胱的受照剂量降低也会为外照射计划设计的更加优化提供更多的空间，以达到更合理保护各危及器官的结果。本文中3DP-ISBT组未降低直肠的受照剂量，但也未增加照射，在对直肠的保护上效果相当。本文应用3DP-ISBT技术对危及器官保护的结论与文献［14-15］研究的腔内组织间插植在对OARs的保护上优于ICBT技术的结论基本一致，也与研究［16-18］得到的插植治疗可使肿瘤得到更高的剂量而不会增加临近盆腔正常组织的损伤的结论相似。宫颈癌近距离治疗中的3DP-ISBT 技术在剂量学上能够满足临床要求，体积在50～90 cm3病灶的应用中，靶区能得到足够剂量的照射，与ICBT技术相比能更好保护膀胱，在直肠的保护上未显示出优势，可增大病例数继续研究，或更加精确对靶区位置分类进行研究。