3D 打印與常規(guī)組織的補償膜在乳腺癌根治術(shù)后放療中的臨床應(yīng)用比較

閆昱螢 葉榮 張薇莎 楊星 曹宗寶 柯小林 凌瑞 李雪文

放療是腫瘤三大治療手段之一，50%以上的惡性腫瘤患者需行放療[1]。提高放療質(zhì)量、實現(xiàn)精確放療一直是臨床放療關(guān)注的重點。由于高能射線存在劑量建成效應(yīng)，射線進入人體后最大劑量出現(xiàn)在距離體表一定深度組織內(nèi)，而不在皮膚表面，因此淺表腫瘤放療需在患者體表覆蓋組織補償物以提高吸收劑量。目前，臨床普遍使用的仍是批量化生產(chǎn)、平面形態(tài)的傳統(tǒng)組織補償膜，難以與不平坦人體體表貼合，兩者間有較大空氣間隙?？s小組織補償物與體表間空隙可改善淺表靶區(qū)劑量，提高放療精度[2]。近年來，通過3D 打印技術(shù)定制的個性化組織補償膜已應(yīng)用于臨床，但較大樣本的傳統(tǒng)組織補償膜與3D 打印組織補償膜比較研究鮮見報道。本研究旨在通過對3D 打印與常規(guī)組織補償膜的貼合性、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標進行比較，為臨床應(yīng)用組織補償膜的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

隨機選擇2018 年11 月至2022 年12 月于四川省人民醫(yī)院行乳腺癌根治術(shù)后放療的女性患者76 例，年齡28～65 歲，平均年齡（45.56±9.57）歲?；颊呔駹顟B(tài)良好，擺位依從性高，根據(jù)組織補償膜類型分為3D 打印組、常規(guī)組各38 例。患者放療前后體質(zhì)量減輕＜5%，無放療禁忌證。

1.2 方法

1.2.1 3D 打印組織補償膜數(shù)據(jù)采集及制作 3D 打印組患者平直仰臥于西門子CT 模擬定位機（SOMATOM definition AS）一體架上，行乳腺癌放療定位體位。將鉛點貼于患者胸壁分別標記補償膜的上、下、左、右界。上界在鎖骨頭上緣，下界過引流口下2 cm，左右界過患側(cè)腋后線及體正中線健側(cè)2 cm。再行CT 掃描，掃描電壓120 kV、電流200 mAs、層厚1 mm，掃描范圍從頭側(cè)鉛點以上1 cm 至腳側(cè)鉛點以下1 cm，將影像數(shù)據(jù)傳輸至醫(yī)院3D 打印中心（本院與四川華曙圖靈增材制造技術(shù)有限責(zé)任公司共建）制作3D 打印組織補償膜。制作流程：1）根據(jù)CT 數(shù)據(jù)，重建患者皮膚及鉛點模型；2）利用鉛點連線切割所重建的皮膚，并增厚10 mm 得到定制組織補償膜模型；3）通過布爾運算，生成與組織補償膜適形的空腔模具模型；4）采用SLA 3D 打印技術(shù)制作空腔模具，向模具腔內(nèi)灌入硅膠并固化得到個性化組織補償膜（圖1）。定制組織補償膜一次成型用于患者完整放療周期，可重復(fù)使用25～30 次。

圖1 10 mm 厚度3D 打印組織補償膜

1.2.2 患者體位固定及CT 定位 患者平直仰臥于一體架上，雙手上舉握桿使胸壁和腋窩充分暴露，下頜上揚偏向健側(cè)。3D 打印組根據(jù)胸壁凹凸及瘢痕將3D打印的10 mm 組織補償膜完全貼合于胸壁。常規(guī)組采用（科萊瑞迪）標準片狀組織補償膜（厚度10 mm 的凝膠材料），其左右界過體正中線偏健側(cè)2 cm，上界至鎖骨頭上緣，將患側(cè)完全覆蓋至腋后線。用記號筆在患者皮膚上畫出組織補償膜邊界標記線，以確?；颊呙看沃委煏r組織補償膜位置與CT 定位時一致。再用68℃熱水軟化后的體膜固定體位，用雙手壓實體模使體模、組織補償膜以及皮膚兩兩間緊貼，冷卻10～15 min，待體膜成型完全冷卻后在體膜上貼金屬定位標記。行CT 定位圖像掃描，掃描參數(shù)包括電壓120 kV、電流200 mAs、層厚4 mm、掃描范圍從耳垂至第12胸椎。將定位掃描圖像傳輸至Varian Eclipse 13.6 放療計劃系統(tǒng)。

1.2.3 靶區(qū)勾畫及放療計劃制定 入組乳腺癌術(shù)后放療患者靶區(qū)勾畫包括胸壁/乳腺、鎖骨上下、內(nèi)乳和腋窩淋巴結(jié)區(qū)域。PTV 處方劑量均為5 000 cGy（單次劑量200 cGy×25 次）。采用Varian Eclipse 13.6 進行設(shè)計，胸壁80%劑量由2 個近乎對穿的切線適形野提供，剩余20%劑量及鎖骨上區(qū)域靶區(qū)由固定角度調(diào)強野或旋轉(zhuǎn)調(diào)強野進行調(diào)制。計劃采用Varian True-Beam 或Trilogy 的6 MV 光子線進行投照。

1.2.4 貼合性研究 將2 組患者CT 定位圖像傳輸至Mimics 25.0 軟件，使用閾值分割方式提取患者體表與補償膜間的空氣間隙數(shù)據(jù)，重建得到各例患者的空氣間隙三維模型。測量各例患者空氣間隙三維模型體積，對空氣間隙高度進行云圖分析，確定最大空氣間隙高度所在位置并測量其高度值。

1.2.5 劑量學(xué)指標評估 根據(jù)劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）來評價靶區(qū)和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的劑量學(xué)指標，靶區(qū)的劑量學(xué)指標為適形度（conformity index，CI）[3]、均勻性（heterogeneity index，HI）[4]。患側(cè)肺的劑量學(xué)指標為V30、V20、V5、Dmean，靶區(qū)內(nèi)皮膚的劑量學(xué)指標為V100%、V98%、V95%、Dmean，由同一位物理師將靶區(qū)附近體表向內(nèi)增厚5 mm 形成皮膚區(qū)域。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 27.0 軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以（）表示，采用獨立樣本t檢驗方法對兩組進行比較。以P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 空氣間隙比較

CT 圖像顯示不同組織補償膜與患者體表貼合情況，常規(guī)組存在大范圍空氣間隙，3D 打印組的貼合性明顯優(yōu)于常規(guī)組。3D 打印組的空氣間隙范圍小，呈現(xiàn)孤立小島形態(tài)；常規(guī)組空氣間隙呈大面積片狀結(jié)構(gòu)，靠近邊緣處不貼合度尤為明顯（圖2）。

對重建后各患者的空氣間隙進行體積、最大高度測量進行分析，3D 打印組的空氣間隙體積、最大空氣間隙高度明顯小于常規(guī)組，表現(xiàn)出更好的貼合性，兩組比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001，表1）。

2.2 靶區(qū)劑量學(xué)指標比較

兩組患者的靶區(qū)劑量中，3D 打印組的CI 平均值大于常規(guī)組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），表現(xiàn)出更好的劑量適形度；3D 打印組的HI 平均值小于常規(guī)組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），表現(xiàn)出更好的劑量均勻性（表2）。

2.3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標比較

對兩組患者重要關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標進行分析顯示，3D 打印組患者的患側(cè)肺V30、V20、Dmean平均值均小于常規(guī)組，兩組比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），兩組患者的患側(cè)肺V5平均值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；3D 打印組患者的皮膚V100%、V98%、V95%、Dmean平均值均大于常規(guī)組，兩組比較差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

圖2 采用兩種組織補償膜空氣間隙CT 及三維重建模型

表1 兩組患者采用兩種組織補償膜的空氣間隙比較（）

表1 兩組患者采用兩種組織補償膜的空氣間隙比較（）

表2 兩組患者靶區(qū)劑量學(xué)指標比較（）

表2 兩組患者靶區(qū)劑量學(xué)指標比較（）

表3 兩組患者關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標比較（）

表3 兩組患者關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標比較（）

表3 兩組患者關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標比較（） （續(xù)表3）

表3 兩組患者關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標比較（） （續(xù)表3）

3 討論

在臨床中，常用的組織補償膜包括商用以及石蠟、豬皮、濕紗布等自制補償膜[5-6]，適用于平整體表，難以滿足外形凹凸部位的貼合性要求，影響劑量分布及計算的準確性[7]。當(dāng)組織補償膜與體表存在5 mm 空氣間隙時，靶區(qū)皮膚劑量將會降低約10%[8-9]。臨床上縮小空氣間隙高度和范圍，確保補償膜緊貼患者皮膚表面[10]。本研究對較大樣本分析發(fā)現(xiàn)，基于患者體表輪廓使用低硬度硅膠材料定制的3D 組織補償膜，可明顯減少空氣間隙面積和高度，在貼合性和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)劑量學(xué)指標方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，而在術(shù)后胸壁、腋窩嚴重凹陷以及乳房重建后胸壁隆起明顯的患者使用3D 組織補償膜的顯著優(yōu)勢尤其突出。

在臨床應(yīng)用中放療分次間的組織補償膜貼合重復(fù)性直接影響患者后續(xù)治療的實際劑量分布，當(dāng)患者術(shù)后胸壁及腋窩凹凸感不明顯，3D 打印與常規(guī)組織補償膜在放療分次間貼合重復(fù)性無明顯差別；當(dāng)患者術(shù)后胸壁及腋窩凹凸感明顯時，3D 打印組織補償膜在整個療程中完全貼合的重復(fù)性優(yōu)勢更顯著。在整個放療周期內(nèi)，為確保組織補償膜放療分次間貼合的高重復(fù)性，放置組織補償膜時應(yīng)參考患者皮膚上的邊界標記線，同時對準瘢痕及凹凸位置，更能體現(xiàn)3D 打印組織補償膜的高精確度與高穩(wěn)定性，確保放療計劃與實際接受劑量的一致性。

組織補償膜調(diào)節(jié)了靶區(qū)皮膚劑量，放射性皮膚反應(yīng)相應(yīng)增加，整個放療療程中患者需保持皮膚干燥，穿透氣性佳的柔軟棉質(zhì)衣物，并于每次治療前后在相應(yīng)區(qū)域噴皮膚保護劑，治療師觀察患者放療區(qū)域的皮膚反應(yīng)。根據(jù)主觀、客觀、處理、分析（SOMA）評分標準：Ⅰ度反應(yīng)為皮膚出現(xiàn)紅斑，色素沉著；Ⅱ度反應(yīng)為皮膚干性脫皮；Ⅲ度反應(yīng)為皮膚濕性脫皮，真皮外露，血清滲出，放療區(qū)疼痛。本研究在整個療程中，患者均為Ⅰ度以內(nèi)放射性皮膚反應(yīng)，兩組比較無顯著性差異。

此外，3D 打印組織補償膜的應(yīng)用并不限于乳腺癌患者，還廣泛應(yīng)用于身體其他部位淺表腫瘤[11-12]，如鼻腔NK/T 淋巴瘤、四肢腫瘤、會陰及腹股溝腫瘤等。在這些身體凹凸明顯、靶區(qū)面積＜10 cm 的區(qū)域，3D打印組織補償膜的貼合性和劑量分布優(yōu)勢將更突出[13]。根據(jù)產(chǎn)品尺寸不同，3D 打印組織補償膜售價在幾百至幾千元之間。乳腺癌患者胸壁照射范圍大，3D 打印組織補償膜比較昂貴，臨床中應(yīng)根據(jù)患者情況選擇類型合適的組織補償膜。患者手術(shù)瘢痕不明顯、治療部位平坦無明顯起伏時，使用通用組織補償膜可達到治療要求。隨著3D 打印技術(shù)的普及，其價格會有明顯下降，將造福更多淺表腫瘤放療患者。

綜上所述，對于胸壁及腋窩凹凸明顯的乳腺癌根治術(shù)后放療患者，科學(xué)使用3D 打印組織補償膜，在靶區(qū)皮膚貼合性、靶區(qū)劑量均勻性和適形性、靶區(qū)范圍內(nèi)皮膚劑量提升等方面獲益優(yōu)勢顯著。

本文無影響其科學(xué)性與可信度的經(jīng)濟利益沖突。