头颈部复发肿瘤，多数患者初诊时接受过手术和/或放化疗，因该部位解剖结构复杂，包含重要器官较多，故复发后的治疗有一定挑战性。对这部分患者，放射性粒子挽救治疗具有较好的姑息治疗效果^[1-3]。近年来有学者利用计算机辅助(computer aided design，CAD)与快速成形技术(rapid prototyping，RP)设计制作3D打印个体化非共面导航模板辅助头颈部肿瘤粒子植入^[4-5]，解决了头颈复杂区域粒子不易植入的问题，并提高了手术精确性及安全性。但目前国内外对于该技术的术前、术后剂量学对比的研究报道不多。北京大学第三医院肿瘤放疗科自2015年12月开展了3D打印模非共面板辅助放射性粒子治疗头、体部肿瘤，至2016年10月底已完成病例200余例。前期研究表明，3D打印个体化模板的重复性误差较小，能很准确的实施术前计划^[6-7]。因头颈部复发/转移恶性肿瘤具有相似的解剖特点，其模板制定方案、粒子植入方式相似，故予单独总结讨论。本研究通过对头颈部复发肿瘤在3D打印非共面模板辅助下粒子植入的术前、术后剂量学结果的比较，在计划层面探讨该技术在粒子植入治疗中应用的精确性，为优化植入方案、推广和规范化粒子植入技术提供数据支持。

1.临床一般资料：回顾性分析2016年1—12月底于北京大学第三医院肿瘤放疗科接受3D打印模板辅助CT引导下放射性¹²⁵I粒子植入的头颈部复发/转移恶性肿瘤患者共42例。其中男性28例，女性14例，中位年龄61岁。原发头颈部肿瘤局部复发病例26例，其他部位肿瘤头颈部转移16例。27例(64.3%，27/42)有头颈部手术史，36例(85.7%，36/42)有局部外放疗史。患者卡氏(KPS)评分≥70分。患者全部签属知情同意书。根据文献报道和本科临床经验^{[1-3, 8-10]}，给予处方剂量为110~160 Gy。

2.术前计划设计：所有患者术前2天行CT扫描，按病灶部位选择相应合适体位，真空垫固定，体表标记定位线。CT数据传输至由北京航空航天大学图像中心设计的近距离放射治疗计划系统(brachytherapy treatment planning system，BTPS)行术前预计划设计：勾画肿瘤靶区(gross tumor volume，GTV)及临近危及器官、设定处方剂量和粒子活度、确定插植针道(方向、分布、深度)、计算粒子数目和模拟粒子空间位置分布，计算GTV与危及器官(腮腺、脊髓、气管、黏膜、重要的颈部血管等)剂量。通过优化，使GTV D₉₀(90% GTV接受的剂量)尽量达到处方剂量，危及器官位于处方剂量等剂量线1 cm范围之外。

3.个体化模板设计和制作：将BTPS中的数据导入三维影像及逆向工程软件行个体化模板数字建模，并加入粒子空间点坐标和针道方向点坐标信息。利用三维光固化快速成型机和医用光固化树脂材料加工得到3D个体化模板。模板含有患者治疗区的体表解剖特征、定位标记和模拟针道等信息。

4.穿刺及植入粒子：全部患者采用局部麻醉。将3D打印模板放置在患者治疗区的体表，借助患者外轮廓解剖特征、定位线及摆位激光线准确对位。通过模板导向孔将插植针经皮穿刺至预定深度，行CT扫描验证插植针位置，必要时进行微调。复扫CT，必要时行术中实时计划优化，最后参考术前计划和/或术中计划，以Mick枪后退式植入粒子。植入完成后再次CT扫描，观察粒子实际分布情况(是否均匀，有无脱落移位等)，若靶区内粒子分布不满意，补种粒子。

5.术后剂量学验证及计划对比：将术后最终图象传输到BTPS，行术后剂量验证。涉及的剂量学参数包括D₉₀和V₁₀₀、V₁₅₀、V₂₀₀(分别为GTV接爱100%、150%、200%处方剂量的体积百分比)以及最小边缘剂量(minimum peripheral dose，mPD)。分别以适形指数(conformal index，CI)评价剂量分布的适形度、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，均匀性指数(homogeneity index，HI)描述剂量分布均匀性。CI=(V_T, ref/VT)×(VT, ref/V_ref)，式中，V_T、V_T, ref和V_ref分别为GTV体积、GTV接受处方剂量的体积(cm³)和处方剂量包含的总体积(cm³)，CI为1时，说明处方剂量正好覆盖GTV，而GTV外体积接受剂量均低于处方剂量，CI越接近1说明GTV内接受处方剂量体积越大而GTV外接受处方剂量的体积越小。EI＝(V_ref-V_T, ref)/V_T×100%，EI为0时，说明GTV外组织接受剂量均小于处方剂量，EI越大，说明GTV外接受处方剂量体积越大^[19]。HI=(V_T, ref-VT, 1.5ref)/V_T, ref×100%，式中V_T, 1.5ref为GTV接受150%处方剂量的体积(cm³)，HI越接近100%说明GTV剂量分布越均匀^[11-12]。

6.统计学处理：采用SPSS 16.0软件进行统计分析，所有数据符合正态分布。利用配对t检验对术后实际验证结果与术前计划所对应的参数进行比较。P < 0.05为差异有统计学意义。

1.治疗及模板使用情况：42例患者均顺利完成放射性粒子植入治疗，模板与体表、肿瘤靶区的相对位置重复性较好。患者GTV平均体积为28.6 cm³(2.4~102.8 cm³)，单颗粒子平均活度0.583 mCi(0.51~0.70 mCi，1 Ci=3.7×10¹⁰ Bq)，平均穿刺11根针(4~31根)，平均植入粒子35颗(10~125颗)。

2.剂量学验证及比较结果：表 1中列出了术前、术后各参数的对比结果。可以看到，术前术后GTV体积均值分别为28.6和29.5 cm³，术前术后植入粒子数均值分别为33.3和34.0颗，两者差异均无统计学意义(P>0.05)。该两项参数的一致性是后续剂量学参数进行比较的前提条件。术后D₉₀与V₁₀₀较术前略低，但差异均无统计学意义(P>0.05)。治疗计划评价指标CI、EI、HI等，术前术后差异亦均无统计学意义(P>0.05)。而mPD、V₁₅₀、V₂₀₀术前术后差异均有统计学意义(t=-2.166、-2.863、-4.778，P < 0.05)。考虑实际植入粒子过程中，粒子与术前计划中存在位置差异导致该误差可能性大。以上结果可以看出，术后实际剂量分布，虽与术前预期略有偏差，但多数指标并未达统计学差异，表明术后实际验证结与术前计划一致性良好。

表 1(Table 1)

表 1 42例头颈部恶性肿瘤患者3D打印非共面辅助放射性粒子植入挽救性治疗术前、术后剂量学比较(x±s) Table 1 Comparison of preoperative and postoperative dosimetry parameters(x±s) 参数 术前计划 术后验证计划 t值 P值 肿瘤体积(cm3) 28.60±4.49 29.50±4.57 -3.914 0.102 粒子个数 33.30±6.39 34.00±6.42 -1.355 0.183 D90(Gy) 144.50±3.20 142.50±3.34 0.696 0.490 mPD(Gy) 70.20±3.74 77.30±3.87 -2.166 0.036 V100(%) 91.45±0.48 92.48±1.11 -0.837 0.407 V150(%) 63.12±1.69 68.40±2.32 -2.863 0.007 V200(%) 34.74±1.68 42.98±1.98 -4.778 0.000 CI 0.626±0.017 0.629±0.026 -0.315 0.893 EI(%) 46.49±4.72 53.83±7.33 -1.494 0.143 HI(%) 31.28±1.66 28.22±1.65 1.802 0.079

表 1 42例头颈部恶性肿瘤患者3D打印非共面辅助放射性粒子植入挽救性治疗术前、术后剂量学比较(x±s) Table 1 Comparison of preoperative and postoperative dosimetry parameters(x±s)

放射性粒子植入治疗的疗效直接取决于剂量分布，而剂量分布在很大程度上取决于插植针的空间分布(间距，深度、角度、平行程度等)^[13]。BTPS、影像引导(CT、超声)较大的提高了植入精度，但单纯依靠影像引导进行植入操作的缺陷在于：①对医生个人临床经验和技术依赖成分较多，不利于普及、推广。②肿瘤的不规则生长加之危及器官、骨髂阻挡，限制穿刺针的插植位置。③术中需多次在CT监视下调整进针角度、深度，效率偏低、增加患者并发症发生机会。鉴于以上局限性，很多情况下的植入并不能精确按照术前计划实施，术后结果与术前预期往往偏差较大。如何在术中准确达到BTPS的计划目标，是粒子植入技术研究的主要方向之一。

平面穿刺模板可提高穿刺针位置的精确度，但其在植入方向上无法灵活调整，多用于病灶形态较规则、穿刺方向单一、进针路径无危及器官阻挡的病变(如前列腺癌)。霍彬等^[14]也采用平面模板治疗肺癌，也取得较好的效果。与常规平面模板不同，3D打印模板含有预设的插植针道信息和患者治疗区体表特征信息，具备了定位、定向功能。2012年，Huang等^[15]在国际上率先报道了3D打印模板辅助进行头颈部肿瘤的放射性粒子植入，其术后剂量验证可以达到较好的剂量要求(100%患者的GTV D₉₀高于处方剂量)，但与术前计划的符合情况未见详细报道。本研究通过对头颈部肿瘤应用3D模板技术植入粒子术前与术后剂量分布差异的比较，来讨论该技术的优劣，从而对开展后续研究、指导临床实践有重要意义。

本研究结果表明，通过3D模板辅助引导头颈部肿瘤的粒子植入治疗，其剂量分布能较好地满足预计划的要求。本研究中术后验证的D₉₀与术前比较，两者无统计学差异，V₁₀₀术后与术前，同样差异无统计学意义。基本体现了3D模版辅助技术可以较好的重现术前计划。本中心前期针对不同部位3D打印模板复位时的误差比较，头颈部受解剖标记清楚等因素影响，模板复位差别较小，平面x轴、y轴方向上平均绝对误差分别为(1.77±1.09)和(2.66±1.65)mm^[6]。

本研究，术前、术后mPD、V₁₅₀、V₂₀₀存在差异，而且差异有统计学意义，表明实际操作中还是与术前计划在剂量分布上存在着差别，但差别较小。分析其原因有：①虽然采用真空垫、面网等体位固定器等，在一定程度上可提高定位时及手术时的体位重复性，但误差仍存在。从而导致插入植入针的方向或深度方面的微小偏差。②穿刺过程中受组织致密性影响，导致穿刺针受力变形引起植入路径方向出现偏差。③植入粒子过程中，实际拔针间距及粒子数目、空间分布，与术前计划未能完全吻合。本研究部分病例个别针道，后退式植入粒子时，粒子分布间距不理想，术中根据实时计划增加植入粒子，导致了术后平均植入粒子数较术前略高情况(术前33.3枚vs.术后34.0枚)。此外，靶区的一致性也会影响手术前后剂量分布，本研究中术前、术后体位基本一致，穿刺及植入过程中肿瘤位置及形状变化不大，GTV参照术前术后图像融合方法，将术前靶区范围拷贝至术后，尽可能降低靶区差别。虽平均GTV体积略有差别，但差别较小，且尚未达统计学差异。本研究中，术后计划的CI、EI、HI皆与术前计划差别不大，皆无统计学差异。表明，在粒子植入剂量分布的适形度、靶区外分布、均匀程度等方面，应用3D打印模板，符合度高，粒子植入能够准确的实施术前计划，在质量保证(QA)方面是个明显的进步。

精确计划、精确插植是粒子治疗的关键。针对头颈部肿瘤，3D打印模板具有定位、定向准确的特点，术后验证实际GTV D₉₀、V₁₀₀、适形度、剂量均匀性等均较好的达到了术前预计划的设计要求，为标准化、规范化粒子植入治疗提供了有效工具，有很好的应用前景。后续的研究拟继续扩大病例数，深入、细化误差对比，并在临床数据层面进一步明确其疗效及安全性。