3D打印非共面模板联合BTPS辅助125I粒子植入治疗肺部肿瘤术前术后剂量学对比研究

杨树法，刘登尧，黄伍奎，李建邦，何占鳌

(新疆医科大学附属肿瘤医院介入诊疗科，乌鲁木齐830002)

放射性粒子植入术作为局部治疗手段之一，在多种实体肿瘤[1-3]中取得了较好的临床效果。CT引导下经皮穿刺125I粒子植入治疗肺部恶性肿瘤具有局部高剂量、可靠的疗效以及对周围正常组织损伤小等优点[4]。本研究拟通过对3D打印非共面模板（3D printed non-coplanar template，3D-PNCT）联合近距离治疗计划系统(branchy treatment planning system，BTPS)辅助CT引导125I粒子植入治疗肺癌术前、术后剂量学的对比，探讨3D-PNCT联合BTPS在125I粒子植入治疗肺癌中的精确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2018年10月-2019年6月由本科室实施3D-PNCT联合BTPS引导125I粒子植入治疗的原发性肺癌患者30例，共治疗病灶30个，其中男性20例，女性10例，中位年龄70岁(47～84岁)，腺癌11例，鳞癌19例，肿瘤最大径平均4.2 cm(2.8～7.0 cm)。入组标准：(1)手术或放化疗后复发的患者，拒绝手术或拒绝放化疗的高龄老年患者，肿瘤直径≤7 cm；(2)有病理学诊断，其他抗肿瘤治疗无效或治疗后有残留，全身无转移，或其他病灶治疗后稳定；(3)有合适的穿刺路径；(4)无出血倾向及高凝状态；(5)KPS＞70分，预计生存时间至少6个月；(6)能耐受放射性粒子植入治疗。排除标准：(1)有严重出血倾向，血小板≤50×109/L，凝血功能严重紊乱(凝血酶原时间＞18 s，凝血酶原活动度＜40%)，抗凝治疗管理参照有创操作前相关专家共识执行[5]；(2)肿瘤破溃；(3)严重的糖尿病;(4)没有合适的穿刺路径;(5)预计靶区的剂量达不到处方剂量设计的要求。125I粒子活度22.2～29.6 MBq，参考国内文献报道常用120～150 Gy[6]。本研究中设定处方剂量150 Gy。

1.2 主要器械近距离治疗计划系统(BTPS)；国产粒子枪;18G粒子植入针；放射性125I粒子，6711-99型，粒子长4.5 mm，直径0.8 mm，粒子活度22.2～29.6 MBq，半衰期59.4 d；非共面模板材料为玉米树脂。

1.3 方法

1.3.1 术前计划 所有患者在治疗前3天均行胸部强化CT(荷兰Philips公司，brilliance B、bigbore CT)扫描，以5 mm层厚扫描，结合粒子植入术的实际需要采取仰卧、俯卧等体位，真空负压垫固定，扫描过程中患者平静呼吸。将CT图像以DICOM格式传至BTPS进行术前计划设计，临床医生与物理师共同勾画肿瘤靶区体积(GTV)和临近危及器官(OAR)，设定处方剂量和粒子活度，根据局部解剖结构，设计进针路线，模拟粒子空间分布，当D90＞95%处方剂量时停止布源，危及器官位于处方剂量等剂量线1 cm范围之外，计算粒子数目、GTV放疗剂量及OAR放疗剂量，得出剂量体积直方图(DVH)。

1.3.2 非共面模板的植入过程 将3D-PNCT放置于患者治疗区体表，借助患者外轮廓特征、激光线、体表定位线、模板对位参考线进行定位。CT扫描确定模板与肿瘤位置重复较好，若存在误差，及时调整。通过模板导向孔将插植针经皮穿刺至预定深度，穿刺过程中通过CT扫描监视进针路径，必要时微调，避免损伤神经及大血管。参考术前计划进行粒子植入，如遇骨骼遮挡，可采用备用针道挑针法绕过骨性结构，完成所有针道进针后，再次CT扫描，确定各植入针位置及深度后，再次行术中交互计划，必要时新增或减少植入针，保证整个靶区放疗剂量充足且周围正常组织得到保护。

1.3.3 术后剂量评估 将术后扫描图像传入BTPS行术后计划剂量验证，勾画靶区、危及器官，识获粒子，得出等剂量曲线分布及剂量体积直方图。描述GTV剂量学参数包括D90、D100、V100、V150、V200，以适形指数(conformal index，CI)评价剂量分布的适形度，以靶区外体积指数(external index，EI)描述靶区外接受超过处方剂量体积占靶区体积的百分比，以均匀性指数(homogeneity index，HI)用于评价剂量分布均匀性，CI＝(VT，ref/VT)×(VT，ref/Vref)，CI越大说明靶区内接受处方剂量体积越大，而靶区外接受处方剂量的体积越小。HI＝(VT，reff－VT，1.5ref)/VT，ref×100%，HI越大说明靶区剂量分布越均匀；EI＝(Vref－VT，ref)/VT×100%，EI越大说明靶区外接受处方剂量体积越大；其中VT，ref为靶区接受处方剂量的体积、VT为靶区体积、Vref为处方剂量所包含的体积、VT，1.5ref为靶区接受150%处方剂量体积[4]。

1.4 统计学处理采用SPSS 20.0软件进行统计学处理，数据以均数±标准差表示。利用配对t检验对术后验证结果与术前所对应的参数进行比较，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 手术情况30例患者共制作个体化非共面模板30块，完成植入病灶30个，均按照术前计划在CT引导下一次性完成治疗。术前计划、模板设计、体位复位，粒子植入、术后即刻剂量验证、术后2月剂量验证过程，见图1。

图1 A术前计划3D打印非共面模板设计CT横截位示图

图1 B 3D打印非共面模板设计建模

图1 C模板引导下穿刺

图1 D模板辅助下植入粒子针

图1 E模板辅助下植入125I粒子

2.2 治疗前后剂量学对比30例肺癌粒子植入前后剂量学参数比较差异均无统计学意义（P＞0.05）；术后GTV、D100均值较术前略有增加但差异无统计学意义（P＞0.05）；术后D90、V100、V150均较术前减少，V200较术前增加，但差异无统计学意义（P＞0.05）；术后CI、EI较术前减少，HI较术前增加，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

2.3 并发症情况(1)气胸:全组30例患者，其中10例患者出现气胸，肺压缩体积在10%～60%不等，6例压缩体积小于30%，术中给予穿刺抽气术，4例大于30%给予胸腔闭式引流，经过治疗后均痊愈出院。(2)出血（咳血）:全组30例患者肺组织内出血为8例，均为少量，5例出现少量咳血，术后予以止血药物对症治疗后好转，无大咳血发生。(3)未发现有较为严重的并发症，如心包填塞、空气栓塞、恶性心律失常等。

图1 F术后即刻行剂量评估

图1 G术后60 d病灶缩小，并行剂量验证

表1 30例患者术前术后即刻剂量学参数的比较（-x±s）

3 讨论

肺癌是我国发病率高、死亡率高的恶性肿瘤。近年来，国内外学者采用CT引导下经皮穿刺植入125I放射性粒子的方法，治疗不能手术或拒绝手术的肺癌患者，均获得了较好的疗效[7-8]。王俊杰[4]尝试将3D打印技术应用于粒子植入治疗领域，以期提高粒子植入治疗的准确性。肿瘤靶区内剂量分布的准确性是放射性125I粒子植入近距离治疗的关键因素，粒子的空间分布和位置稳定性是决定疗效的重要因素[9]。由于人体解剖结构的复杂性及肿瘤靶区活动等因素的影响，使实际植入粒子的分布与术前计划存在一定的差距。如何在术中尽可能完整地执行BTPS的术前计划，成为一个较难解决的问题。

近年来国内关于3D打印模板辅助CT引导125I粒子植入治疗恶性肿瘤剂量学研究的文章绝大多数显示术前、术后剂量有较好的一致性[10-12]，在运动器官和非运动器官的剂量学方面也具有较好的一致性[13-14]。本研究结果显示，术前与术后D90、D100、V100、V150、V200、CI、EI、HI等剂量学指标差异均无统计学意义，与曹强等[12]报道一致。吉喆等[15]报道3D打印非共面模板引导也可以保证术前及术后剂量学指标的高度一致，本研究中GTV体积、D90、D100术后较术前仍有一定变化，考虑如下原因:(1)术后剂量验证的CT图像为术后即刻CT，因穿刺导致肺组织出血、气胸等因素导致对GTV边缘的识别差异。(2)针道出血，影响粒子植入间距的均匀性。(3)因模板复位差异，启用备用针道，挑针法绕开骨性结构阻挡，改变术前计划设计入路。但目前的研究认为3D打印非共面引导可使术后实际结果与术前规划有较高的一致性，提示模板联合BTPS能够使125I粒子分布更合理，满足剂量学要求，准确实现术前计划，从而达到更佳的治疗效果。

既往认为经模板引导，多针穿刺，会增加穿刺并发症发生率，本研究结果显示，全组30例患者气胸发生率为33.3%，需要闭式引流的气胸发生率在13.3%，分别低于杜随等[16]的研究报道，未明显增加气胸发生率。至于血胸、咳血发生率均较低，较徒手穿刺未见明显增加[17]。在不增加并发症的情况下疗效肯定，既能满足剂量学要求，又能保证疗效，且此种方法可以重复并容易推广。

综上所述，3D打印非共面模板联合BTPS辅助125I粒子植入治疗肺癌能够更好地满足剂量学要求。通过挑针法设计预留针道，减少破骨次数，提高手术安全性。模板定位、定向植入相对精准，可明显提高治疗的精确性，减少徒手插植操作的盲目性和随意性，可成为放射性粒子植入治疗肿瘤临床应用的主要研究方向。