3D打印技术在精准粒子植入治疗中的应用

近距离治疗是肿瘤重要的手段之一,具有局部剂量高和周围正常组织损伤小的优势。 近距离治疗包括高剂量率和低剂量率两种,其中低剂量率近距离治疗是直接将放射性核素植入到肿瘤体内对肿瘤细胞进行杀伤,亦称放射性粒子组织间永久植入治疗,简称粒子植入,在早期前列腺癌治疗中取得与手术和外照射同样的疗效。3D打印技术是通过影像学图像将信息传输到计算机计划系统,以数字化设计文件为基础,通过计算机设计针道、定义处方剂量,之后3D打印机打印出个体化引导模板,引导粒子针插植和粒子植入,经头颈部、胸、腹部和盆腔初步验证,治疗精度大大提高,粒子植入治疗成为可计划、可优化和可评估的标准技术手段,开启放射性粒子组织间植入治疗全新时代。     

3D打印共面模板在胰腺癌^(125)I粒子植入治疗中的初步应用北大核心CSCD

目的评估3D打印共面模板在胰腺癌^(125)I粒子植入治疗中的临床应用价值。方法回顾性分析2016年1月至2017年6月行3D打印共面模板引导胰腺癌^(125)I粒子植入治疗患者10例。术前根据CT扫描结果和治疗计划系统,制备3D打印共面模板,术中在该模板引导下进行穿刺和植入粒子,术后对剂量学参数进行验证。观察治疗前后90%靶区体积的剂量(D90)、90%处方剂量的靶区体积(V90)、100%处方剂量的靶区体积(V100)、150%处方剂量的靶区体积(V150)。评估3D打印共面模板引导下胰腺癌^(125)I粒子植入穿刺定位的成功率,治疗后剂量学参数与术前计划的吻合度和并发症发生率。结果10例胰腺癌患者在共面模板引导下均成功穿刺和植入^(125)I粒子。术后剂量学参数D90符合术前计划,治疗前后D90差异较小且无统计学意义(P>0.05),术后V90、V100和V150分别为(94.3±2.4)%、(90.4±4.1)%和(62.1±13.4)%,符合治疗剂量学要求。1例患者术后出现局部血肿。结论 3D打印共面模板是一种安全、有效的引导工具,有助于胰腺癌^(125)I粒子精准植入,可使术后剂量参数符合术前计划要求。     

3D打印模板联合CT引导125I粒子植入治疗骨转移癌术前术后剂量学评价

目的 对比分析3D打印模板联合CT引导¹²⁵I粒子植入治疗骨转移癌术前术后常用剂量学指标差异,指导临床应用。方法 对2019年6月至2021年1月天津市第三中心医院骨转移癌粒子植入手术的10例患者共12个病灶进行回顾性分析,12个病灶均采用3D打印模板引导粒子植入,处方剂量120~140 Gy,比较术前治疗计划及术后验证计划中常用剂量学指标差异,包括D₉₀、D₁₀₀、V₉₀、V₁₀₀、V₁₅₀以及术前计划粒子数量和术后实际使用粒子数量,采用配对t检验对术前术后剂量参数进行对比分析。结果 术前和术后D₉₀、D₁₀₀、V₉₀、V₁₀₀、V₁₅₀等剂量学指标差异均无统计学意义（P>0.05）,术后实际使用粒子数量多于术前计划,差异有统计学意义（t=-2.930,P<0.05）。结论 3D打印模板联合CT引导¹²⁵I粒子植入治疗骨转移癌,剂量精准,可达到术前计划要求,应积极推广临床使用。     

3D打印非共面模板辅助CT引导125Ⅰ粒子植入治疗盆腔复发子宫颈癌的剂量学研究

目的 通过评估术前、术后治疗计划的物理剂量学参数,阐明利用3D打印非共面模板（3D-PNCT）辅助CT引导¹²⁵Ⅰ粒子植入治疗盆腔复发子宫颈癌的精确性。方法 盆腔复发宫颈癌患者9例,术前均行CT模拟机扫描定位图像传送粒子治疗计划系统（B-TPS）行术前计划,打印3D-PNCT,模板复位,插植粒子针并植入粒子,记录术前计划和术中实际植入针数和粒子数,比较计划靶区剂量学参数适形指数（CI）、均匀性指数（HI）和靶区外体积指数（EI）;90%靶区体积剂量（D₉₀）、匹配周边剂量（mPD,即D₁₀₀）,100%、150%和200%处方剂量体积百分比V₁₀₀、V₁₅₀和V₂₀₀。结果 患者GTV术前、术后平均体积差异无统计学意义（P>0.05）。术前粒子总数675颗,术后669颗。术前粒子针总数138根,术后132根。针道角度偏差平均1.99°±2.94°（0°~13°）。术前和术后CI、EI和HI、靶区D₉₀、MPD、V₁₀₀、V₁₅₀和V₂₀₀剂量参数差异均无统计学意义（P>0.05）。结论 3D-PNCT辅助CT引导¹²⁵Ⅰ粒子植入治疗盆腔复发宫颈癌可获得较好的术前、术后治疗计划匹配和植入精确性。     

D个性化打印模板联合CT引导125I放射性粒子植入治疗颈部转移瘤的研究

【摘要】 目的 探讨3D个性化打印模板联合CT引导125I放射性粒子植入术在颈部转移瘤中的治疗效果。方法 选取2016年5月至2017年5月颈部转移瘤患者20例,随机数字表法分为对照组（n=10）与研究组（n=10）。研究组采取3D个性化打印模板联合CT引导125I放射性粒子植入术,对照组常规实施CT引导125I放射性粒子植入术。比较两组计划粒子植入数目及实际粒子植入数目、粒子植入优良率、手术时间、临床疗效。术后随访6～9个月,统计两组疾病复发率。结果 两组间计划粒子植入数目差异无统计学意义（P＞0.05）,研究组实际粒子植入数目多于对照组（P＜0.05）,且对照组实际粒子植入数目显著少于计划粒子植入数目（P＜0.05）;研究组粒子植入优良为9例,高于对照组的4例（P＜0.05）;研究组总有效为8例,高于对照组的4例,但组间比较差异无统计学意义（P＞0.05）。研究组平均手术时间明显短于对照组;研究组术后6个月及9个月疾病复发分别为1例,2例,低于对照组的3例和5例,但组间差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 采取3D个性化打印模板联合CT引导125I粒子植入治疗颈部转移瘤,实际粒子植入数目与计划数目较接近,粒子植入优良率较高,可有效提高疾病治疗效果、降低疾病复发率。     

3D打印共面模板辅助CT引导放射性粒子植入精度研究

目的 利用两种模体研究3D打印共面模板辅助CT引导放射性粒子植入精度,并比较两种模体差异,为放射性粒子植入提供参考。方法 在近距离治疗计划系统设计进针路径并获取针尖坐标值,按照进针路径分别在定制模体和肝脏模体插入植入针,植入金标,退针10 mm,植入冷源,分别记录针尖、金标、冷源坐标,通过计算空间两点之间的距离获取植入针精度,第1颗粒子精度,拔针后粒子的精度,通过独立样本t检验,比较上述精度在两种模体中的差异。结果 3D打印共面模板辅CT引导放射性粒子植入穿刺针精度,第1颗粒子精度及拔针后粒子精度在定制模体和肝脏模体中分别是（1.89±0.72）和（2.14±0.88） mm （P>0.05）,（2.03±1.14）和（2.42±1.12） mm （P>0.05）,（-1.96±1.29）和（-2.82±0.91） mm （t=2.09,P=0.046）。结论 3D打印共面模板辅CT引导放射性粒子植入具有高效,稳定、精确,在两种模型中精度差异较小。     

3D打印共面模板辅助放射性125I粒子植入在盆腔转移瘤治疗中的初步应用

目的 探讨CT引导下3D打印共面模板辅助放射性125I粒子植入治疗盆腔转移瘤的安全性及有效性.方法 回顾性研究2016年1月至2019年12月收治的盆腔转移瘤患者23例,计26个病灶.患者功能状态评分(PS评分)0～2分.术前应用近距离治疗计划系统(TPS)进行术前计划设计,术后进行剂量验证.术中在CT引导下,经3D打...     

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

放射性粒子组织间永久植入治疗（简称粒子植入）肿瘤属于近距离范畴,它具有局部剂量高和周围正常组织损伤小的特点,已成为早期前列腺癌标准治疗手段之一。粒子植入借助超声、CT、MRI影像引导将放射性粒子送入到肿瘤靶区,因此,放射性粒子治疗兼具外科和介入治疗的特点。而粒子植入治疗的剂量学评估、危及器官剂量控制又隶属放射治疗范畴,因此,粒子治疗是跨学科、跨专业的技术。建立一支多学科合作团队,才有可能实现精准的粒子植入治疗。目前前列腺癌粒子植入技术已经非常成熟,而其他部位肿瘤粒子植入技术流程、标准尚处于研究阶段。本文主要基于3D打印模板技术建立起的规范和共识,内容包括：粒子物理学、剂量学、技术流程、适应证、不良反应。粒子治疗是非常有效的局部治疗手段,但是鉴于目前尚缺少大规模循证医学证据,还需要多中心的前瞻性、随机Ⅲ期临床研究,以及发表高水平文章,提高循证医学等级,确立粒子植入治疗在肿瘤综合治疗中的地位和作用。     

3D打印模板辅助CT引导放射性125I粒子植入治疗软组织肉瘤的剂量学研究

目的 通过对3D打印模板（共面和非共面）辅助治疗软组织肉瘤术前、术后的剂量学比较,探讨其应用的精确性。方法 2015年12月—2017年7月于北京大学第三医院接受3D打印模板辅助CT引导放射性¹²⁵I粒子植入的软组织肉瘤患者19例,共25处病灶。所有患者行术前病情评估、CT模拟定位、术前计划设计、3D模板打印、3D模板复位、插植粒子针和粒子植入、术后剂量学评估、术后护理及定期随访。对比术前、术后剂量学参数。筛选位于躯干及四肢浅部的软组织肉瘤10例,分别设计共面模板和非共面模板引导的术前计划,对比两种模板引导下术前计划的剂量学参数。结果 设计制作3D打印模板25块,共25处病灶,术前、术后剂量学参数差异无统计学意义（P>0.05）。位于躯干及四肢浅表并使用3D打印共面模板与非共面模板引导的术前计划各剂量学参数差异无统计学意义（P>0.05）。结论 应用3D打印模板辅助¹²⁵I粒子植入治疗软组织肉瘤具有较好的定位精确性。对位于躯干及四肢浅部的软组织肉瘤,建议优先选择3D打印共面模板。     

SPECT/CT评价前列腺癌粒子植入剂量分布与疗效初探

目的：探寻以单光子发射计算机断层成像术/计算机断层成像术（SPECT/CT）射线探测为基础的剂量验证参数以及其评价前列腺癌粒子植入疗效的可行性。 方法：应用SPECT/CT扫描一位前列腺癌粒子植入患者,将SPECT图像与CT图像融合,调整融合图像的放射性浓聚范围与术后计划中145 Gy、217.5 Gy等剂量线范围一致。并记录不同剂量时放射性浓聚计数值。观察两个计数值曲线包含的靶区及危及器官的范围,计算两种计数值放射性浓聚所包含的体积与靶体积之比。随访4年,确认患者肿瘤控制良好,无并发症。然后用以上等计数值曲线包绕靶区范围及浓聚体积与靶体积比评价另外一位前列腺癌患者并随访。 结果：第一例患者SPECT/CT融合图像中与145 Gy等剂量曲线一致的计数值约为200,此曲线包含的体积与靶体积之比为106%,其范围累及部分直肠前壁。相当于217.5 Gy等剂量线的计数值为300,此曲线包含的体积与靶体积之比为58%,此曲线未包含尿道。第二例患者200等计数值曲线完全包绕靶区,累及部分直肠前壁,曲线内体积与靶体积之比为176%。300等计数值曲线范围累及部分尿道,曲线内体积与靶体积之比为74%。现患者术后3月,PSA降至正常。无排尿相关症状。 结论：SPECT/CT可以探测到前列腺癌内¹²⁵I粒子的剂量分布并成像,将放射性浓聚程度与剂量关联,可能成为评价前列腺癌粒子植入疗效的新方法。     

CT引导下125I籽源植入近距离放射治疗多发性椎体转移癌

目的探讨~(125)I籽源植入近距离放射治疗多发性椎体转移患者的价值。方法15例癌症多发椎体转移患者(共43个椎体)进行了CT引导下~(125)I籽源植入近距离放射治疗。肺癌术后椎体转移7例,乳腺癌术后椎体转移4例,肝癌术后椎体转移2例,前列腺癌术后椎体转移1例,左肾癌术后椎体转移1例。共43个椎体转移,每例椎体转移数为2～5个。在CT引导下按共轴针法投放籽源,视病变情况采取椎弓根入路、侧方入路、前入路等3种方式将~(125)I籽源植入椎体病变区,籽源呈倒V形、X形或平行分布,籽源距椎体后缘3～10mm。~(125)I籽源总活度由公式(长 宽 高)(cm)/3×5mCi计算或"放射性粒子源植入治疗计划系统"计算获得,单椎体植入剂量8～22mCi。椎旁软组织病变内同时植入~(125)I籽源。结果术后随访3～30个月,平均12.3个月,15例患者术后均未出现脊髓、神经损伤等并发症,未出现放射相关不良反应。11个没有疼痛的部位未出现新的疼痛,18/32部位症状体征消失,14/32部位部分消失。最短术后第3天觉得症状已有缓解。影像表现,10例患者29个椎体影像回访,治疗3个月以后7例17个椎体CT可见病灶稳定,边缘形成硬化环。4个椎体病变进展,见硬化环不完整,破坏区有扩大。3例8个椎体MRI显示骨水肿明显减轻,病变区T_2WI信号减低。结论~(125)I籽源植入近距离放射治疗多发性椎体转移癌具有疗效高,创伤小,并发症发生率低等优点,是一种较好的微创治疗方法,不仅适合于未经治疗的患者,也适合于放射治疗后复发的患者,具有较高的耐受性和安全性。     

125Ⅰ粒子源近距离治疗前列腺癌模型的剂量学研究

目的 研究放射性125Ⅰ粒子源在治疗前列腺癌中的剂量分布,探寻治疗计划系统(TPS)优化效果的有效方法.方法 选定1个治疗计划系统,应用热释光剂量计,基于前列腺癌等效模体,模拟测量前列腺癌中的剂量分布.模拟植入共89颗125Ⅰ粒子,每个粒子的活度为1.37×107Bq(±5%).结果 各层的最大剂量为151～241 G...     

基于3D U-net的宫颈癌近距离治疗剂量分布预测

目的 基于三维（3D） U-net深度学习模型,建立预测CT引导下宫颈癌近距离治疗计划的3D空间剂量分布。方法 2021年4-9月收集114例宫颈癌患者三维近距离放疗计划（处方剂量6 Gy）组成数据集,按84 ∶11 ∶19划分为训练集、验证集、测试集。利用3D U-net模型进行500次（epoch）训练,分别评估测试集病例体素级的平均剂量偏差（MDD）与绝对剂量偏差（MADD）、等剂量面包围体积的戴斯系数（DSC）、处方剂量适形度指数（CI）、高危临床靶区（HRCTV）的D₉₀和平均剂量D_mean、膀胱、直肠、小肠、结肠的D_{1 cm³}与D_{2 cm³}剂量学参数。结果 测试集中19例患者的3D剂量矩阵MDD与MADD分别为-0.01±0.03和（0.04±0.01） Gy。50%到150%处方剂量的DSC在0.89到0.94之间,处方剂量CI为0.70±0.04。HRCTV的D₉₀的平均偏差为2.22%,D_mean的偏差为-4.30%。膀胱、直肠、小肠、结肠的D_{1 cm³}与D_{2 cm³}最大偏差分别为2.46%和2.58%。模型预测平均耗时2.5 s。结论 本研究实现了一种基于3D U-net的预测宫颈癌3D剂量分布的深度学习模型,为宫颈癌近距离治疗自动化设计奠定基础。     

3D打印个体化模具在子宫内膜癌术后三维后装治疗中的剂量学研究

目的 探讨3D打印个体化模具辅助子宫内膜癌术后三维后装治疗中的剂量学优势。方法 回顾性选取宁波大学附属第一医院21例早期子宫内膜癌术后患者的三维后装治疗计划,利用北京科霖众计划系统,在已实施的个体化模具组基础上,为每位患者设计虚拟单通道柱状施源器计划,所有计划均采用三维逆向模拟退火的算法。比较两组计划靶区90%、98%和100%体积接受的最低剂量(D₉₀、D₉₈、D₁₀₀)以及适形指数(CI)、均匀度(HI)、超剂量体积指数(OI);同时,对比两组危及器官膀胱、直肠、小肠和尿道的0.01、1、2以及5 cm³所接受的最大剂量(D_{0.01 cm³}、D_{1 cm³}、D_{2 cm³}以及D_{5 cm³})差异。结果 两组计划都能满足临床需求。在靶区所受剂量方面,两组计划靶区D₉₀、D₉₈、D₁₀₀没有明显差异,但是个体化模具组靶区剂量的CI、HI均优于单通道组靶区,而靶区OI指数小于单通道计划(t=-3.21、-5.99、6.25,P＜0.05)。在危及器官所受剂量方面,个体化模具组膀胱、直肠、尿道所受剂量D_{1 cm³}、D_{2 cm³}和D_{5 cm³}相比单通道组均有明显降低(t=3.18、3.21、3.77、7.97、8.92、10.92、2.54、3.46、4.28,P＜0.05);小肠由于距离靶区比较远,在两组计划中所受剂量差异不明显(P＞0.05)。结论 3D打印个体化模具在子宫内膜癌术后三维近距离治疗中靶区均匀度、适形指数更优,而且膀胱、直肠、尿道所受剂量更低,具有推广价值。     

超声引导125I粒子治疗前列腺癌引起的直肠并发症

目的探讨经会阴超声引导放射性^125I粒子近距离治疗前列腺癌的直肠并发症。方法80例前列腺癌患者实施经会阴超声引导放射性^125I粒子植入术，其中68例单纯粒子植入治疗，12例行粒子治疗联合外放疗。单纯^125I粒子治疗肿瘤匹配周边剂量（matched peripheral dose，MPD）为140～160Gy，联合组^125I粒子植入MPD为90～110Gy。联合组外照射剂量为40～50Gy/4～5周，20Gy/次，5次/周，4野照射，粒子植入后4周进行。根据术中计划，利用Mick枪后退式植入粒子，活度为0．35～0．50mCi，中位植入粒子65颗（平均19～100颗）。术后1个月行盆腔CT扫描，进行质量验证。结果68例单纯放射性^125I粒子植入治疗前列腺癌后直肠Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级副反应发生率分别为7．3％、4．4％、2．9％和1．5％，而12例^125I粒子植入治疗和联合外放疗直肠副反应Ⅰ级和Ⅱ级发生率分别为10％和10％，没有Ⅲ级以上直肠副反应。直肠反应出现中位时间12月（1～16个月）。结论超声引导经会阴放射性^125I粒子植入治疗前列腺癌直肠并发症发生率可以接受，需要进一步明确直肠剂量与发生副反应的关系。     

CT引导下125I粒子植入治疗复发性卵巢癌17例

目的 探讨CT引导下125I粒子植入治疗复发性卵巢癌的可行性、近期疗效及并发症.方法 对17例复发性卵巢癌患者、19处病灶进行125I粒子植入治疗,所有患者均失去外科手术机会,并接受多周期化疗后肿瘤仍进展.术前应用治疗计划系统(TPS)制定粒子植入计划.在CT导向下将125I粒子植入复发病灶内,随访观察临床疗效、生活质量及并发症情况.结果 19处病灶2个月后采用盆腔CT评价,完全缓解(CR)2处,部分缓解(PR)9处,稳定(SD)5处,进展(PD)3处,总有效率为57.9％(11/19).本组患者的疼痛缓解率为84.6％(11/13),总体生活质量较治疗前明显提高(P＜ 0.001).中位随访10.5个月(3～23个月),死亡12例,存活5例,中位无进展生存时间(mPFS)为6.4个月,中位总生存时间(mOS)为11.3个月,1年生存率为29.4％.本组患者的不良反应均较轻微,未发生肠瘘等严重并发症.结论 CT引导下125I粒子植入治疗复发性卵巢癌近期疗效好、并发症少,远期疗效有待进一步评估.     

HDR brachytherapy as monotherapy for prostate cancer: A systematic review with meta-analysis

PurposeThe effectiveness and safety of high dose brachytherapy as monotherapy (HDR-BRT-M) in prostate cancer is limited to retrospective studies. We performed a meta-analysis to summarize existing data and identify trends in biochemical recurrence-free survival (bRFS) and toxicity after HDR-BRT-M in patients with prostate cancer.Methods and MaterialsRetrospective, prospective, or randomized clinical trials were identified on electronical databases through June 2020. We followed the PRISMA and MOOSE guidelines. A meta-regression analysis was performed to assess if there is a relationship between moderator variables and bRFS. A p-value < 0.05 was considered significant.ResultsFourteen studies with a total of 3534 patients treated were included. The cumulative size of the bRFS at 5 years was 0.92 (95% confidence interval (CI) 0.48–0.61). The five-year bRFS for low, intermediate, and high risk was 97.5% (95% CI 96–98%), 93.5% (95% CI 91–96%), and 91% (95% CI 88–93%), respectively. The total biological effective dose (BED) (p = 0.02), the BED per fraction (p = 0.001), androgen deprivation therapy usage (p = 0.04), and the number of fractions of HDR-BRT-M (p = 0.024) were significantly associated with bRFS rate. The rate of late Grade 2/3 or > genitourinary and gastrointestinal toxicity was 22.4% (95% CI 9–35,2%)/1.4% (95% CI 0.8–2.1%) and 2.7% (95% CI 0–6.8%) and 0.2% (95% CI 0.1%–0.4%), respectively.ConclusionsHDR-BRT-M is safe with excellent rates of bRFS for all risk groups. The total BED, the BED per fraction, and number of fractions were the key factors associated with the biochemical control. These data can be useful to choose the size and number of BRT fractionation.     

3D printed model to assist endovascular prostate artery embolization for benign prostatic hyperplasia

With the growth and ease of 3D printing accessibility, the medical community has begun to adopt it in various ways. Modeling of prostatic arteries for embolization is an application that has yet to be fully explored. We present a case where a patient specific 3D-printed model was used as a reference during prostate artery embolization for a 70-year-old male with obstructive benign prostatic hyperplasia refractory to medical treatment. The prostate arteries were segmented from preoperative contrast enhanced computed tomography using 3D Slicer software and printed on a FormLabs Form2 resin printer. The models were then used for operative planning for the embolization of both right and left prostate arteries. The procedure was a success without complications and the patient returned 1 month later with significantly improved symptoms. Additionally, interventionists found the model to be helpful in selecting approach for arterial embolization.     

New approach of ultra-focal brachytherapy for low- and intermediate-risk prostate cancer with custom-linked I-125 seeds: A feasibility study of optimal dose coverage

PurposeTo present the feasibility study of optimal dose coverage in ultra-focal brachytherapy (UFB) with multiparametric MRI for low- and intermediate-risk prostate cancer.Methods and MaterialsUFB provisional dose plans for small target volumes (<7 cc) were calculated on a prostate training phantom to optimize the seeds number and strength. Clinical UFB consisted in a contour-based nonrigid registration (MRI/Ultrasound) to implant a fiducial marker at the location of the tumor focus. Dosimetry was performed with iodine-125 seeds and a prescribed dose of 160 Gy. On CT scans acquired at 1 month, dose coverage of 152 Gy to the ultra-focal gross tumor volume was evaluated. Registrations between magnetic resonance and CT scans were assessed on the first 8 patients with three software solutions: VariSeed, 3D Slicer, and Mirada, and quantitative evaluations of the registrations were performed. Impact of these registrations on the initial dose matrix was performed.ResultsMean differences between simulated dose plans and extrapolated Bard nomogram for UFB volumes were 36.3% (26–56) for the total activity, 18.3% (10–30) for seed strength, and 22.5% (16–38) for number of seeds. Registration method implemented in Mirada performed significantly better than VariSeed and 3D Slicer (p = 0.0117 and p = 0.0357, respectively). For dose plan evaluation between Mirada and VariSeed, D₁₀₀% (Gy) for ultra-focal gross tumor volume had a mean difference of 28.06 Gy, mean values being still above the objective of 152 Gy. D₉₀% for the prostate had a mean difference of 1.17 Gy. For urethra and rectum, dose limits were far below the recommendations.ConclusionsThis UFB study confirmed the possibility to treat with optimal dose coverage target volumes smaller than 7 cc.