3D 打印与常规组织的补偿膜在乳腺癌根治术后放疗中的临床应用比较

闫昱萤 叶荣 张薇莎 杨星 曹宗宝 柯小林 凌瑞 李雪文

放疗是肿瘤三大治疗手段之一，50%以上的恶性肿瘤患者需行放疗[1]。提高放疗质量、实现精确放疗一直是临床放疗关注的重点。由于高能射线存在剂量建成效应，射线进入人体后最大剂量出现在距离体表一定深度组织内，而不在皮肤表面，因此浅表肿瘤放疗需在患者体表覆盖组织补偿物以提高吸收剂量。目前，临床普遍使用的仍是批量化生产、平面形态的传统组织补偿膜，难以与不平坦人体体表贴合，两者间有较大空气间隙。缩小组织补偿物与体表间空隙可改善浅表靶区剂量，提高放疗精度[2]。近年来，通过3D 打印技术定制的个性化组织补偿膜已应用于临床，但较大样本的传统组织补偿膜与3D 打印组织补偿膜比较研究鲜见报道。本研究旨在通过对3D 打印与常规组织补偿膜的贴合性、关键结构剂量学指标进行比较，为临床应用组织补偿膜的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 临床资料

随机选择2018 年11 月至2022 年12 月于四川省人民医院行乳腺癌根治术后放疗的女性患者76 例，年龄28～65 岁，平均年龄（45.56±9.57）岁。患者精神状态良好，摆位依从性高，根据组织补偿膜类型分为3D 打印组、常规组各38 例。患者放疗前后体质量减轻＜5%，无放疗禁忌证。

1.2 方法

1.2.1 3D 打印组织补偿膜数据采集及制作 3D 打印组患者平直仰卧于西门子CT 模拟定位机（SOMATOM definition AS）一体架上，行乳腺癌放疗定位体位。将铅点贴于患者胸壁分别标记补偿膜的上、下、左、右界。上界在锁骨头上缘，下界过引流口下2 cm，左右界过患侧腋后线及体正中线健侧2 cm。再行CT 扫描，扫描电压120 kV、电流200 mAs、层厚1 mm，扫描范围从头侧铅点以上1 cm 至脚侧铅点以下1 cm，将影像数据传输至医院3D 打印中心（本院与四川华曙图灵增材制造技术有限责任公司共建）制作3D 打印组织补偿膜。制作流程：1）根据CT 数据，重建患者皮肤及铅点模型；2）利用铅点连线切割所重建的皮肤，并增厚10 mm 得到定制组织补偿膜模型；3）通过布尔运算，生成与组织补偿膜适形的空腔模具模型；4）采用SLA 3D 打印技术制作空腔模具，向模具腔内灌入硅胶并固化得到个性化组织补偿膜（图1）。定制组织补偿膜一次成型用于患者完整放疗周期，可重复使用25～30 次。

图1 10 mm 厚度3D 打印组织补偿膜

1.2.2 患者体位固定及CT 定位 患者平直仰卧于一体架上，双手上举握杆使胸壁和腋窝充分暴露，下颌上扬偏向健侧。3D 打印组根据胸壁凹凸及瘢痕将3D打印的10 mm 组织补偿膜完全贴合于胸壁。常规组采用（科莱瑞迪）标准片状组织补偿膜（厚度10 mm 的凝胶材料），其左右界过体正中线偏健侧2 cm，上界至锁骨头上缘，将患侧完全覆盖至腋后线。用记号笔在患者皮肤上画出组织补偿膜边界标记线，以确保患者每次治疗时组织补偿膜位置与CT 定位时一致。再用68℃热水软化后的体膜固定体位，用双手压实体模使体模、组织补偿膜以及皮肤两两间紧贴，冷却10～15 min，待体膜成型完全冷却后在体膜上贴金属定位标记。行CT 定位图像扫描，扫描参数包括电压120 kV、电流200 mAs、层厚4 mm、扫描范围从耳垂至第12胸椎。将定位扫描图像传输至Varian Eclipse 13.6 放疗计划系统。

1.2.3 靶区勾画及放疗计划制定 入组乳腺癌术后放疗患者靶区勾画包括胸壁/乳腺、锁骨上下、内乳和腋窝淋巴结区域。PTV 处方剂量均为5 000 cGy（单次剂量200 cGy×25 次）。采用Varian Eclipse 13.6 进行设计，胸壁80%剂量由2 个近乎对穿的切线适形野提供，剩余20%剂量及锁骨上区域靶区由固定角度调强野或旋转调强野进行调制。计划采用Varian True-Beam 或Trilogy 的6 MV 光子线进行投照。

1.2.4 贴合性研究 将2 组患者CT 定位图像传输至Mimics 25.0 软件，使用阈值分割方式提取患者体表与补偿膜间的空气间隙数据，重建得到各例患者的空气间隙三维模型。测量各例患者空气间隙三维模型体积，对空气间隙高度进行云图分析，确定最大空气间隙高度所在位置并测量其高度值。

1.2.5 剂量学指标评估 根据剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH）来评价靶区和关键结构的剂量学指标，靶区的剂量学指标为适形度（conformity index，CI）[3]、均匀性（heterogeneity index，HI）[4]。患侧肺的剂量学指标为V30、V20、V5、Dmean，靶区内皮肤的剂量学指标为V100%、V98%、V95%、Dmean，由同一位物理师将靶区附近体表向内增厚5 mm 形成皮肤区域。

1.3 统计学分析

采用SPSS 27.0 软件进行统计学分析。计量资料以（）表示，采用独立样本t检验方法对两组进行比较。以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 空气间隙比较

CT 图像显示不同组织补偿膜与患者体表贴合情况，常规组存在大范围空气间隙，3D 打印组的贴合性明显优于常规组。3D 打印组的空气间隙范围小，呈现孤立小岛形态；常规组空气间隙呈大面积片状结构，靠近边缘处不贴合度尤为明显（图2）。

对重建后各患者的空气间隙进行体积、最大高度测量进行分析，3D 打印组的空气间隙体积、最大空气间隙高度明显小于常规组，表现出更好的贴合性，两组比较差异具有统计学意义（P＜0.001，表1）。

2.2 靶区剂量学指标比较

两组患者的靶区剂量中，3D 打印组的CI 平均值大于常规组，差异具有统计学意义（P＜0.05），表现出更好的剂量适形度；3D 打印组的HI 平均值小于常规组，差异具有统计学意义（P＜0.05），表现出更好的剂量均匀性（表2）。

2.3 关键结构剂量学指标比较

对两组患者重要关键结构剂量学指标进行分析显示，3D 打印组患者的患侧肺V30、V20、Dmean平均值均小于常规组，两组比较差异具有统计学意义（P＜0.05），两组患者的患侧肺V5平均值比较差异无统计学意义（P＞0.05）；3D 打印组患者的皮肤V100%、V98%、V95%、Dmean平均值均大于常规组，两组比较差异具有统计学意义（P＜0.05），见表3。

图2 采用两种组织补偿膜空气间隙CT 及三维重建模型

表1 两组患者采用两种组织补偿膜的空气间隙比较（）

表1 两组患者采用两种组织补偿膜的空气间隙比较（）

表2 两组患者靶区剂量学指标比较（）

表2 两组患者靶区剂量学指标比较（）

表3 两组患者关键结构剂量学指标比较（）

表3 两组患者关键结构剂量学指标比较（）

表3 两组患者关键结构剂量学指标比较（） （续表3）

表3 两组患者关键结构剂量学指标比较（） （续表3）

3 讨论

在临床中，常用的组织补偿膜包括商用以及石蜡、猪皮、湿纱布等自制补偿膜[5-6]，适用于平整体表，难以满足外形凹凸部位的贴合性要求，影响剂量分布及计算的准确性[7]。当组织补偿膜与体表存在5 mm 空气间隙时，靶区皮肤剂量将会降低约10%[8-9]。临床上缩小空气间隙高度和范围，确保补偿膜紧贴患者皮肤表面[10]。本研究对较大样本分析发现，基于患者体表轮廓使用低硬度硅胶材料定制的3D 组织补偿膜，可明显减少空气间隙面积和高度，在贴合性和关键结构剂量学指标方面表现出显著优势，而在术后胸壁、腋窝严重凹陷以及乳房重建后胸壁隆起明显的患者使用3D 组织补偿膜的显著优势尤其突出。

在临床应用中放疗分次间的组织补偿膜贴合重复性直接影响患者后续治疗的实际剂量分布，当患者术后胸壁及腋窝凹凸感不明显，3D 打印与常规组织补偿膜在放疗分次间贴合重复性无明显差别；当患者术后胸壁及腋窝凹凸感明显时，3D 打印组织补偿膜在整个疗程中完全贴合的重复性优势更显著。在整个放疗周期内，为确保组织补偿膜放疗分次间贴合的高重复性，放置组织补偿膜时应参考患者皮肤上的边界标记线，同时对准瘢痕及凹凸位置，更能体现3D 打印组织补偿膜的高精确度与高稳定性，确保放疗计划与实际接受剂量的一致性。

组织补偿膜调节了靶区皮肤剂量，放射性皮肤反应相应增加，整个放疗疗程中患者需保持皮肤干燥，穿透气性佳的柔软棉质衣物，并于每次治疗前后在相应区域喷皮肤保护剂，治疗师观察患者放疗区域的皮肤反应。根据主观、客观、处理、分析（SOMA）评分标准：Ⅰ度反应为皮肤出现红斑，色素沉着；Ⅱ度反应为皮肤干性脱皮；Ⅲ度反应为皮肤湿性脱皮，真皮外露，血清渗出，放疗区疼痛。本研究在整个疗程中，患者均为Ⅰ度以内放射性皮肤反应，两组比较无显著性差异。

此外，3D 打印组织补偿膜的应用并不限于乳腺癌患者，还广泛应用于身体其他部位浅表肿瘤[11-12]，如鼻腔NK/T 淋巴瘤、四肢肿瘤、会阴及腹股沟肿瘤等。在这些身体凹凸明显、靶区面积＜10 cm 的区域，3D打印组织补偿膜的贴合性和剂量分布优势将更突出[13]。根据产品尺寸不同，3D 打印组织补偿膜售价在几百至几千元之间。乳腺癌患者胸壁照射范围大，3D 打印组织补偿膜比较昂贵，临床中应根据患者情况选择类型合适的组织补偿膜。患者手术瘢痕不明显、治疗部位平坦无明显起伏时，使用通用组织补偿膜可达到治疗要求。随着3D 打印技术的普及，其价格会有明显下降，将造福更多浅表肿瘤放疗患者。

综上所述，对于胸壁及腋窝凹凸明显的乳腺癌根治术后放疗患者，科学使用3D 打印组织补偿膜，在靶区皮肤贴合性、靶区剂量均匀性和适形性、靶区范围内皮肤剂量提升等方面获益优势显著。

本文无影响其科学性与可信度的经济利益冲突。