肺癌放射性粒子植入精確穿刺方法研究進(jìn)展

石樹遠(yuǎn) 綜述,關(guān)志宇 審校

(天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院胸外科 300211)

近年來，125I放射性粒子植入在惡性腫瘤治療領(lǐng)域獲得快速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于前列腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌及各種復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移惡性腫瘤的治療中[1-7]。前列腺癌125I放射性粒子植入因采用超聲引導(dǎo)會(huì)陰部模板輔助植入的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)方式，術(shù)中125I放射性粒子植入與術(shù)前計(jì)劃一致，確保了前列腺癌瘤體內(nèi)獲得精準(zhǔn)的放射劑量，腫瘤控制理想，并發(fā)癥發(fā)生率低，美國(guó)國(guó)立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)(NCCN)指南已經(jīng)將其作為早期前列腺癌的標(biāo)準(zhǔn)治療手段之一。

125I放射性粒子植入屬于內(nèi)放射治療，規(guī)范的操作程序?yàn)椋捍_定腫瘤計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume,PTV)、計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system,TPS)制訂術(shù)前計(jì)劃、影像學(xué)引導(dǎo)穿刺、術(shù)中粒子植入、術(shù)后驗(yàn)證。精準(zhǔn)的放射劑量學(xué)是治療成敗的關(guān)鍵，即腫瘤靶區(qū)內(nèi)的腫瘤組織得到處方劑量(priscribed dose,PD)，而靶區(qū)外正常組織盡量避免放射性損傷。前列腺癌瘤體固定、穿刺路徑無遮擋，術(shù)中在超聲引導(dǎo)、模板輔助下根據(jù)術(shù)前計(jì)劃穿刺布針，能實(shí)現(xiàn)粒子在靶區(qū)內(nèi)三維空間合理分布。肺癌因?yàn)榱鲶w不固定(呼吸運(yùn)動(dòng)和穿刺肺組織造成的氣胸均可導(dǎo)致瘤體位置發(fā)生變化)、肋骨遮擋等因素的影響，術(shù)中很難準(zhǔn)確按照術(shù)前計(jì)劃進(jìn)行穿刺及放射性粒子植入。為準(zhǔn)確穿刺肺癌瘤體這一難題，CT引導(dǎo)下的精準(zhǔn)穿刺方法一直是肺癌放射性粒子植入治療領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

1 開展125I放射性粒子植入治療肺癌初期的穿刺方法

125I放射性粒子植入治療肺癌開展于1987年，HEELAN等[8]首先開始在CT引導(dǎo)下對(duì)不能手術(shù)的早期肺癌患者進(jìn)行125I放射性粒子植入治療，局部控制率達(dá)到85.7%(6/7)。

2002年125I放射性粒子植入治療肺癌在國(guó)內(nèi)逐步開展，肺癌放射性粒子植入工作處于起步階段，缺乏相關(guān)的設(shè)備,如TPS、植入模板、模板固定及導(dǎo)航等裝置。針對(duì)肺癌瘤體的穿刺植入方法多采用非模板徒手穿刺，如單針放射狀反復(fù)穿刺或多針交叉穿刺。由于沒有建立規(guī)范的操作流程，術(shù)中穿刺布針和放射性粒子植入完全依靠術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，植入放射性粒子的位置和數(shù)量很難滿足劑量學(xué)要求，導(dǎo)致靶區(qū)出現(xiàn)劑量冷區(qū)和熱區(qū)，后果是降低治療效果同時(shí)增加輻射損傷。

為了提高CT引導(dǎo)下穿刺的精準(zhǔn)度，國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者開始嘗試輔助穿刺的方法。按照術(shù)前計(jì)劃確定的進(jìn)針部位在皮膚穿刺點(diǎn)作1 mm若干小切口，在切口處進(jìn)穿刺針，到達(dá)位置后植入粒子源[9]。在CT掃描前用自制柵格貼于腫瘤在皮膚的投影區(qū)，通過CT定位、定角度、分步進(jìn)針對(duì)腫瘤進(jìn)行穿刺及放射性粒子植入[10]。

由于TPS制訂的術(shù)前計(jì)劃是基于曼徹斯特原則并采用模擬模板來制訂的，如果沒有模板的引導(dǎo)是無法按照術(shù)前計(jì)劃進(jìn)行植入的。上述嘗試雖然在一定程度上簡(jiǎn)化了穿刺難度，提高了穿刺的精度，但無法保證放射性粒子在瘤體內(nèi)合理排布。

2 共面模板在125I放射性粒子植入治療肺癌中的應(yīng)用

125I放射性粒子植入治療前列腺癌是在超聲引導(dǎo)下經(jīng)會(huì)陰模板輔助穿刺完成的。使用的模板呈正方形，內(nèi)有許多小孔，小孔間隔5 mm。模板上的每個(gè)小孔都有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字化坐標(biāo)與TPS術(shù)前計(jì)劃中模擬模板上的數(shù)字化坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。實(shí)體模板固定在步進(jìn)器上，按照TPS模擬模板指示信息在實(shí)體模板上相應(yīng)的位置進(jìn)針排布125I放射性粒子，以實(shí)施術(shù)前計(jì)劃，保證125I放射性粒子植入具有高度精確性[11]。

受到125I放射性粒子植入治療前列腺癌術(shù)中應(yīng)用模板的啟發(fā)，柴樹德等[12]開始在CT引導(dǎo)下125I放射性粒子植入治療肺癌中使用方形矩陣式模板，模板上小孔同樣間隔5 mm。通過使用模板可以使針道接近平行排布，提高了穿刺插植的精確性[13]。方形矩陣式模板沒有支撐固定裝置，只能依靠手術(shù)膜貼敷于胸壁，一經(jīng)貼牢便不能移動(dòng)，而且進(jìn)針角度固定不可調(diào)，經(jīng)肋間穿刺，不能避開肋骨的遮擋，無法完全滿足放射性粒子合理排布的要求。

2009年體部固定支架+矩形矩陣內(nèi)圓形模板研制成功和使用，進(jìn)一步提高了穿刺插植的精確性[14]。模板內(nèi)圓形部分可360°旋轉(zhuǎn)，穿刺進(jìn)針角度靈活可變，可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整，能在一定程度上避開肋骨的遮擋，基本能保證靶區(qū)內(nèi)粒子合理分布，很大程度上解決了放射性粒子植入術(shù)中質(zhì)量控制這一難題。矩形矩陣內(nèi)圓形模板的應(yīng)用在提高了穿刺插植的精確性的同時(shí)，還大大縮短了手術(shù)時(shí)間，減少了患者和術(shù)者的術(shù)中輻射劑量[15-16]。

由于矩形矩陣內(nèi)圓形模板上沒有相應(yīng)的數(shù)字化坐標(biāo)以對(duì)應(yīng)TPS術(shù)前計(jì)劃中模板的數(shù)字化坐標(biāo)，使用這種模板引導(dǎo)放射性粒子植入并不能做到術(shù)中植入與TPS術(shù)前計(jì)劃相一致。由于模板厚度有限，長(zhǎng)距離穿刺穿刺針道會(huì)有一定程度的偏移，此外模板內(nèi)部旋轉(zhuǎn)不能完全避開肋骨的遮擋。

3 3D打印模板在CT引導(dǎo)下125I放射性粒子植入治療肺癌中的應(yīng)用

3D打印模板是指通過影像學(xué)數(shù)字化信息系統(tǒng)，把肺癌患者腫瘤掃描信息輸入到計(jì)算機(jī)治療計(jì)劃系統(tǒng)，打印出指導(dǎo)放射性粒子植入的模板。3D打印模板(3D-printing template，3D-PT)分為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)。兩種模板各有適用范圍。

3D-PCT形狀傳承于方形矩陣式內(nèi)圓形模板，是通過3D打印技術(shù)打印出的具有坐標(biāo)系和標(biāo)示系統(tǒng)的平面模板。模板上的每個(gè)小孔都有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字化坐標(biāo)與TPS的模擬模板相對(duì)應(yīng)，適用于全部針道可進(jìn)行平行插植腫瘤的治療。肺癌放射性粒子植入中應(yīng)用3D-PCT時(shí)如遇到肋骨遮擋，可先使用肋骨鉆對(duì)肋骨打孔，再進(jìn)行穿刺布針[17]。3D-PCT上的孔位坐標(biāo)為植入針提供了精確的引導(dǎo)，放射性粒子排布精準(zhǔn)到位，術(shù)前計(jì)劃可得以實(shí)施[18]。

3D-PNCT是將腫瘤信息通過數(shù)字化處理后傳輸?shù)絋PS，醫(yī)生和物理師勾畫靶區(qū)、定義處方劑量和設(shè)計(jì)針道信息，然后使用3D打印機(jī)打印出個(gè)體化模板。3D-PNCT在設(shè)計(jì)上打破了3D-PNCT平行針道的原則,模板與人體表面能完美貼合,具有很好的適形性,適用于不同平面針道無法保持平行插植腫瘤的治療，模板上標(biāo)記有坐標(biāo)系、標(biāo)示系統(tǒng)和象限分隔，用于術(shù)中復(fù)位和指導(dǎo)穿刺。3D-PNCT能降低植入操作的難度和風(fēng)險(xiǎn)，能減少或避免對(duì)骨骼的打孔，減少患者痛苦[19-20]。根據(jù)針道上的數(shù)字化信息進(jìn)行穿刺布針，減少術(shù)中掃描次數(shù)，縮短手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)效率，降低手術(shù)難度。使用3D-PNCT引導(dǎo)穿刺具有定位、定向準(zhǔn)確的特點(diǎn)，可明顯提高治療的精確性，避免插植操作的盲目性，目前3D-PNCT不僅應(yīng)用于肺癌的放射性粒子植入，還應(yīng)用于其他復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)區(qū)域的惡性腫瘤，如肝癌、頭頸部惡性腫瘤及椎旁/腹膜后腫瘤的治療，均獲得術(shù)前、術(shù)后治療計(jì)劃匹配和植入精確的效果[21-24]。

3D-PCT上有多個(gè)針道可以選擇，應(yīng)用時(shí)不需要復(fù)位。3D-PNCT對(duì)患者術(shù)中復(fù)位要求較高。王俊杰[25]利用4D-CT掃描技術(shù)、坐標(biāo)系理念和固定針技術(shù)、激光定位系統(tǒng)及真空負(fù)壓固定墊使患者術(shù)中能做到精確體位復(fù)位，實(shí)現(xiàn)術(shù)中復(fù)位與術(shù)前治療計(jì)劃高度融合。通過術(shù)前、術(shù)后劑量學(xué)比對(duì)，證明3D-PT輔助技術(shù)完全可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)術(shù)前計(jì)劃。

3D-PT技術(shù)可實(shí)現(xiàn)不同部位、運(yùn)動(dòng)器官和不規(guī)則形狀腫瘤放射性粒子植入劑量最佳適形度，進(jìn)而全面提高了放射性粒子植入治療的精度和效率，操作更簡(jiǎn)便、更安全，真正實(shí)現(xiàn)了腫瘤局部劑量更高、周圍組織損傷更小的目的，是放射性粒子植入治療惡性腫瘤領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。雖然3D-PT技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但是如果腫瘤自身體發(fā)生體積變化(3D-PT定制需1周左右時(shí)間，腫瘤體積因生長(zhǎng)增大或因化療縮小)或因穿刺形成氣胸造成腫瘤位置改變等情況會(huì)影響模板與靶區(qū)的復(fù)位，進(jìn)而影響術(shù)前計(jì)劃的實(shí)施。

4 機(jī)器人在CT引導(dǎo)下125I放射性粒子植入治療肺癌中的應(yīng)用

CT是125I放射性粒子植入治療肺癌理想的影像引導(dǎo)方式，但是常規(guī)CT不能做到實(shí)時(shí)引導(dǎo)穿刺，術(shù)者往往需要根據(jù)多次CT掃描來調(diào)整穿刺的角度和深度。如果腫瘤臨近心臟、大血管等危險(xiǎn)器官，這種非實(shí)時(shí)影像引導(dǎo)穿刺會(huì)增加發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥的概率。CT透視技術(shù)是指運(yùn)用螺旋CT快速連續(xù)掃描實(shí)現(xiàn)在監(jiān)視器中實(shí)時(shí)顯示被檢組織的斷層圖像。利用CT透視導(dǎo)技術(shù)引導(dǎo)穿刺進(jìn)行125I放射性粒子植入，可以實(shí)時(shí)觀察穿刺進(jìn)針的方向和深度，使125I放射性粒子植入過程接近實(shí)時(shí)可視化。利用CT透視引導(dǎo)125I放射性粒子植入，手術(shù)時(shí)間與傳統(tǒng)CT引導(dǎo)相比明顯縮短,而且手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率也明顯降低[26]。利用CT透視可接近實(shí)時(shí)引導(dǎo)穿刺，大大提高穿刺精度，但是術(shù)者接受放射劑量也將增大，這也限制了CT透視技術(shù)在125I放射性粒子植入中的應(yīng)用。

近年來機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展迅速，達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)獲得了巨大的成功。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)機(jī)器人輔助125I放射性粒子植入進(jìn)行積極的探索和嘗試。朱衍菲等[27]使用機(jī)器人導(dǎo)航輔助CT透視技術(shù)引導(dǎo)穿刺肺癌125I放射性粒子植入，與常規(guī)CT引導(dǎo)肺癌125I放射性粒子植入術(shù)相比CT掃描次數(shù)少，輻射劑量小、穿刺精度高，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值，但目前開展例術(shù)還不多，機(jī)器人的應(yīng)用也僅僅限于植入針的穿刺，放射性粒子植入還需手動(dòng)完成，而其安全性和手術(shù)時(shí)間還需進(jìn)一步觀察。理想的肺癌放射性粒子植入機(jī)器人要不僅能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穿刺而且能實(shí)現(xiàn)放射性粒子自動(dòng)植入，在能提高手術(shù)安全性的前提下降低患者和術(shù)者接受的輻射劑量。目前用于前列腺癌放射性粒子植入的機(jī)器人及顱頜面部診斷穿刺機(jī)器人正在積極地研發(fā)中。相信不久的將來，會(huì)有較好的可操作性和穩(wěn)定性，提高植入手術(shù)安全性，滿足穿刺和植入自動(dòng)化的肺癌放射性粒子植入機(jī)器人應(yīng)用于臨床。

5 結(jié) 語(yǔ)

肺癌放射性粒子植入的穿刺方法經(jīng)歷了早期徒手穿刺、共面模板輔助穿刺、3D-PT輔助穿刺等發(fā)展階段。共面模板的使用在一定程度上提高了穿刺插植的精確性，基本能保證靶區(qū)內(nèi)粒子合理分布。3D-PT的應(yīng)用進(jìn)一步提高粒子植入治療精度，值得推廣。但是3D-PT也有自身的局限性，需要注意適應(yīng)證的選擇。CT透視引導(dǎo)下穿刺精確高、安全性好，是理想的穿刺方式，但術(shù)者接受的輻射限制了其應(yīng)用。期待不久的將來，能有保證安全精確,穿刺和植入自動(dòng)化的肺癌放射性粒子植入機(jī)器人應(yīng)用于臨床。