何庄超 何玉成 朱柏霖 黄昌平 陈治名

125I 粒子植入术是重要的肺癌局部治疗方法，粒子植入属近距离放疗，具有局部放射剂量高、对周围正常组织损伤小的特点，在前列腺癌、肺癌、胰腺癌［1-3］等应用广泛。以往采用徒手穿刺完成，技术主要依赖于术者的穿刺水平及经验， 操作技术不易掌握，且受肋骨、血管及肠管等危险脏器的干扰，难以保证术前计划的准确实施。近年来，随着技术的进步，有学者将3D 打印技术应用到粒子植入术，发现3D 打印技术降低了介入治疗的随意性，提高了准确性［4］。本研究对 28 例行 3D 打印非共面导板引导下肺癌粒子植入术的患者资料进行回顾性分析， 对比术前设计针道与穿刺术中实际针道的差异，探讨3D 打印非共面导板在CT 引导下肺癌125I 粒子植入术的穿刺误差，以提高穿刺的准确性。

资料与方法

1.临床资料

选取湖南省郴州市第一人民医院CT 引导介入诊疗团队 2018年5月～2019年2月28 例肺癌125I 粒子植入术患者，男 21 例，女 7 例，年龄范围34～87 岁，平均 66 岁；肿瘤位于右肺 13 例、左肺15 例。所有患者预测生存期大于6 个月，均有病理确诊，凝血功能、肝肾功能、心电图等检查无禁忌证，并提前1 d 在CT 室行定位扫描及制作非共面3D 打印导板。所有患者设计并使用穿刺针202根，平均每例穿刺7 针，其中右肺穿刺82 针，左肺穿刺 120 针。

2.仪器和设备

CT：Toshiba Aqilion 16 排 CT；3D 建模软件：中南大学 E3D 建模与设计软件（V 11.0）；3D 打印机：东莞市鸿泰自动化设备有限公司HT480S 3D 打印机；3D 打印材料：光敏树脂；穿刺针：日本八光18 G×200 mm PTC 针。

3.手术流程（图1～3）

术前定位CT 扫描：患者仰卧或俯卧位躺于垫有真空垫的CT 检查床上，抽出真空垫内空气固定成形；在肿瘤投影体表周围放置3 个直径10 mm、高2.5 mm 的圆形塑料片，在患者平静呼吸下行平扫。扫描参数：管电压120 kV、管电流150 mAs、扫描视野 D-FOV 460 mm、螺距 0.688、重组层厚1 mm、 重组层间隔1 mm。扫描范围从肺尖至肺底并包括肿瘤上下5 cm。扫描完成后，用龙胆紫及标记笔圈记患者体表标识塑料片， 在患者体表和真空垫上同时标识出CT 机架内定位激光线的投影位置。

3D 导板设计、 打印： 将患者 DICOM 图像导出、传送至3D 打印中心工作站，用3D 设计软件根据肿瘤靶区剂量分布设计针数、针道及导板，再将导板STL 数据传送至3D 打印设备打印。

患者复位、手术：将术前定位固定成形的真空垫置于CT 扫描床， 患者以同样体位躺在真空垫上；调整位置，将体表及真空垫标志线与CT 机架内激光定位线重合；再将消毒后的3D 打印导板中的定位孔与体表圆形标志物嵌合； 并用1～2 根穿刺针校准导板位置，CT 扫描确认复位后， 术者按照设计进针方向、角度、深度，将预设穿刺针分次、分步插入肿瘤内，完成穿刺后行CT 扫描，观察记录针的位置，随后根据TPS 计划植入粒子。

4.数据收集及分组

图1 术前定位，患者躺于垫有真空垫的CT 扫描床，体表放置并标识圆形定位塑料片位置，并在患者体表和真空垫上同时标识出CT 机架内定位激光线的投影位置 图2 非共面3D 打印导板。采用的针道是“二级针孔式”设计，固定穿刺针的孔分为一大一小不同两段；（空心箭）所指的是一级针孔， 孔较小，比穿刺针直径略大，用于固定穿刺针，可以拔出；（细箭）所指的是二级针孔，孔较大，当拔出一级针孔后，针孔变大，能给穿刺

针提供一定范围内的调整空间 图3 术中导板复位，并用1～2 根穿刺针校准。（粗箭）显示穿刺针与激光灯重合，达到校准目的；a)术前设计针道；b)实际针道

分类统计患者性别、肿瘤所在肺叶及肺段、手术体位、穿刺针数信息。经3 名具有丰富穿刺经验的医师根据术前设计针道分别测量出术中实际针道 X 轴（左右）及 Y 轴（头脚）方向的偏移量；3 名医师测量数据存在差异者，取其平均值。

组内数据根据性别、左右肺、治疗体位进行分组。

依据肺呼吸幅动度不同将组间数据分为A、B两组，A 组为呼吸运动幅度小，B 组为呼吸运动幅度大。有研究显示，肺内肿瘤在肺上下肺野随呼吸运动幅度不同［5］，且越靠近膈肌运动幅度越大［6］，因此笔者将右肺上叶、右肺下叶背段、左肺上叶尖后段和前段、 左肺下叶背段肿瘤针道纳入A 组；将左肺上叶上和下舌段、两肺下叶后基底段、两肺下叶外基底段、右肺下叶内和前基底段、左肺下叶内前基底段肿瘤针道纳入B 组。

5.统计分析

结 果

非共面3D 打印导板粒子植入术前设计针道与穿刺后实际针道偏移量为X 轴（左右）、Y 轴（头脚）方向偏移量分别为（2.71±1.78）和（2.77±1.93） mm。性别、左右肺、治疗体位X 轴、Y 轴方向偏移量值和独立样本t 检验、单因素单因素AVOVA 分析P值结果列于表1，差异无统计学意义（P＞0.05）。

根据呼吸幅动度分组标准，121 针纳入A 组、81 针纳入 B 组。A、B 两组其 X 轴偏移量分别为（2.80±1.96）和（2.56±1.48） mm，Y 轴偏移量分别为（2.52±1.31）和（3.15±2.55） mm。采用独立样本 t检验分析，其X 轴偏移量差异无统计学意义、Y 轴偏移量差异有统计学意义（X、Y 轴 t 值分别为0.96、-2.24，P 值分别为 P=0.34、0.04）。

表1 不同性别、左右肺、不同手术体位针道X 轴、Y 轴偏移量（mm,）

表1 不同性别、左右肺、不同手术体位针道X 轴、Y 轴偏移量（mm,）

项目性别X 轴Y 轴男 女针数156 46左右肺P 值左叶120 82治疗体位右叶P 值仰卧位俯卧位侧卧位P 值125 73 4 2.62±1.82 3.00±1.63 0.21 2.87±1.98 2.46±1.41 0.87 2.68±1.87 2.79±1.67 2.00±0.82 0.66 2.91±2.04 2.28±1.36 0.05 2.95±2.28 2.51±1.20 0.78 3.00±2.22 2.37±1.26 3.00±0.82 0.08

讨 论

3D 打印技术是一种先进的增材制造技术，是以数字模型文件为基础，通过3D 打印机将液体或粉末状塑料、金属等可粘合的“打印材料”进行逐层打印、叠加、固化，从而制造出三维物体的新型制造技术。常用的 3D 打印材料有光敏树脂、尼龙、钛合金、聚乳酸、石膏材料等。在制造业、工业应用、航空领域应用广泛。近年来，随着3D 打印技术及材料的逐步发展成熟， 在医学领域应用越来越广［3，7］。

125I 粒子植入术，属于近距离放疗，已被广泛应用于多种肿瘤的治疗，并取得了明显的疗效［8］，但受穿刺经验及技术、 肿瘤活动及人体解剖结构的复杂性等因素的影响， 实际粒子剂量在靶区的分布不均，存在冷区和热区［9］。为弥补这一缺点，有研究将平面模板技术引入肺癌粒子植入治疗，并取得一定效果［10］。随后有学者将非共面 3D 打印导板应用于头颈、胸部、腹部、盆腔肿瘤粒子植入术中［11,12］，进一步提高了粒子治疗的精准度。

非共面3D 打印导板在设计过程中已避开肋骨、 血管及肠管等危险脏器， 将每根针的进针方向、角度及深度信息确定并产生固定进针针道，手术者只需沿针道进针至肿瘤靶区即可， 大大减小了穿刺的难度， 但在实际操作过程中针道难免会偏移设计路径，产生穿刺误差。本研究显示，非共面3D 打印导板在CT 引导下肺癌125I 粒子植入术的穿刺误差约为2～3 mm， 这与3D 打印模板辅助CT 引导放射性125I 粒子植入治疗肿瘤专家共识［13］中允许的误差接近。呼吸运动产生穿刺误差的关键因素， 且是不可避免的。呼吸运动对针道X 轴（左右）方向偏移量影响不具备统计学意义，对Y轴（头脚）方向偏移量有统计学意义，可能与呼吸导致肿瘤上下移动较大有关；有研究显示，肺部肿瘤会随着呼吸运动而移动，幅度约2～12 mm，其中头脚方向较左右方向移动度大［14］，为减少呼吸运动造成的穿刺误差，团队特意与3D 打印中心合作开发设计二级针孔式3D 打印导板应用于肺癌粒子植入术中，使穿刺针能在术中及时调整、修正针道，减少误差。术前定位、术中复位应用负压真空垫适形固定体位，不仅提高体位复位的精准度［15］，还增加患者稳定性，使患者无论以何种体位治疗，均能获得舒适安全感［16］，同时减少因恐慌、疼痛而引起体位移动，减缓呼吸频率及幅度；有条件的话，还可联合热塑体膜体位固定技术［17］，减少呼吸运动导致的误差，提高穿刺准确性。

在临床实际操作中发现要减少非共面3D 打印导板在CT 引导下肺癌125I 粒子植入术的穿刺误差，还需做到：（1）非共面3D 导板位置校准；导板的准确复位是非共面3D 打印导板在CT 引导下肺癌125I 粒子植入术的关键步骤， 稍有偏差，对手术影响很大；在导板复位过程中，应将导板预留定位孔体表标识完全重合， 并在手术时应用1～2针穿刺针定位、校准导板位置［18］，保证导板复位的精准度，减少穿刺误差。（2）避免穿刺针的挠曲；穿刺针的挠曲是指带斜尖的针沿固定方向穿刺切割软组织时，组织对针尖斜面产生反作用力，使穿刺针发生弯曲变形［19］；其弯曲变形程度随着针尖角度越小而增大，进针越深、偏移越明显［20］；根据笔者经验，采用边旋转、边进针的方法，能一定程度减少针的挠曲，提高穿刺进准度。（3）避免穿刺前并发症发生及穿刺过程中皮肤、 软组织变形及位移［21］；穿刺前并发症主要是局麻时麻醉针刺穿脏层胸膜，引起气胸，导致肺、肿瘤靶区移位，本研究就有1 例；由于采用二级针孔式导板设计，在穿刺过程中针道有调整优化的空间， 对手术效果影响不大。

3D 打印技术在医学领域仍处于起步阶段，具备设计生产3D 打印粒子植入导板能力的医院少，一般依赖于少数3D 打印公司进行个性化定制，且专业、简单、易用的3D 设计软件少，因此需要手术医生与3D 打印公司工程师反复沟通，设计生产时间长，成本高，增加患者等待时间及手术费用。研究发现［11］，应用 3D 打印导板总体上能减少患者扫描次数及辐射剂量、缩短手术时间，临床应用前景广，不少医院在此领域增加科研投入，建立了自己的3D 打印中心， 降低了使用成本及等待时间；同时也研发专业、易用的3D 设计软件，比如本课题使用的E3D 软件，进一步降低了使用门槛。

总之，非共面3D 打印导板应用于CT 引导下肺癌125I 粒子植入术中，穿刺针道误差受多方面的影响， 以呼吸运动造成的头脚方向的偏移较明显，总体穿刺误差小、准确性较高，值得临床推广。