肺癌放射性粒子植入精確穿刺方法研究進展

2019-02-18 21:50:21石樹遠綜述關志宇審校

重慶醫學 2019年8期

石樹遠綜述,關志宇審校

(天津醫科大學第二醫院胸外科 300211)

近年來，125I放射性粒子植入在惡性腫瘤治療領域獲得快速發展，被廣泛應用于前列腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌及各種復發轉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會陰部模板輔助植入的標準手術方式，術中125I放射性粒子植入與術前計劃一致，確保了前列腺癌瘤體內獲得精準的放射劑量，腫瘤控制理想，并發癥發生率低，美國國立綜合癌癥網絡(NCCN)指南已經將其作為早期前列腺癌的標準治療手段之一。

125I放射性粒子植入屬于內放射治療，規范的操作程序為：確定腫瘤計劃靶區(planning target volume,PTV)、計劃系統(treatment planning system,TPS)制訂術前計劃、影像學引導穿刺、術中粒子植入、術后驗證。精準的放射劑量學是治療成敗的關鍵，即腫瘤靶區內的腫瘤組織得到處方劑量(priscribed dose,PD)，而靶區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，術中在超聲引導、模板輔助下根據術前計劃穿刺布針，能實現粒子在靶區內三維空間合理分布。肺癌因為瘤體不固定(呼吸運動和穿刺肺組織造成的氣胸均可導致瘤體位置發生變化)、肋骨遮擋等因素的影響，術中很難準確按照術前計劃進行穿刺及放射性粒子植入。為準確穿刺肺癌瘤體這一難題，CT引導下的精準穿刺方法一直是肺癌放射性粒子植入治療領域研究的熱點。

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引導下對不能手術的早期肺癌患者進行125I放射性粒子植入治療，局部控制率達到85.7%(6/7)。

2002年125I放射性粒子植入治療肺癌在國內逐步開展，肺癌放射性粒子植入工作處于起步階段，缺乏相關的設備,如TPS、植入模板、模板固定及導航等裝置。針對肺癌瘤體的穿刺植入方法多采用非模板徒手穿刺，如單針放射狀反復穿刺或多針交叉穿刺。由于沒有建立規范的操作流程，術中穿刺布針和放射性粒子植入完全依靠術者的經驗與技術，植入放射性粒子的位置和數量很難滿足劑量學要求，導致靶區出現劑量冷區和熱區，后果是降低治療效果同時增加輻射損傷。

為了提高CT引導下穿刺的精準度，國內的一些學者開始嘗試輔助穿刺的方法。按照術前計劃確定的進針部位在皮膚穿刺點作1 mm若干小切口，在切口處進穿刺針，到達位置后植入粒子源[9]。在CT掃描前用自制柵格貼于腫瘤在皮膚的投影區，通過CT定位、定角度、分步進針對腫瘤進行穿刺及放射性粒子植入[10]。

由于TPS制訂的術前計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是無法按照術前計劃進行植入的。上述嘗試雖然在一定程度上簡化了穿刺難度，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用

125I放射性粒子植入治療前列腺癌是在超聲引導下經會陰模板輔助穿刺完成的。使用的模板呈正方形，內有許多小孔，小孔間隔5 mm。模板上的每個小孔都有一個相對應的數字化坐標與TPS術前計劃中模擬模板上的數字化坐標相對應。實體模板固定在步進器上，按照TPS模擬模板指示信息在實體模板上相應的位置進針排布125I放射性粒子，以實施術前計劃，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中應用模板的啟發，柴樹德等[12]開始在CT引導下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，只能依靠手術膜貼敷于胸壁，一經貼牢便不能移動，而且進針角度固定不可調，經肋間穿刺，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+矩形矩陣內圓形模板研制成功和使用，進一步提高了穿刺插植的精確性[14]。模板內圓形部分可360°旋轉，穿刺進針角度靈活可變，可以根據需要隨時調整，能在一定程度上避開肋骨的遮擋，基本能保證靶區內粒子合理分布，很大程度上解決了放射性粒子植入術中質量控制這一難題。矩形矩陣內圓形模板的應用在提高了穿刺插植的精確性的同時，還大大縮短了手術時間，減少了患者和術者的術中輻射劑量[15-16]。

由于矩形矩陣內圓形模板上沒有相應的數字化坐標以對應TPS術前計劃中模板的數字化坐標，使用這種模板引導放射性粒子植入并不能做到術中植入與TPS術前計劃相一致。由于模板厚度有限，長距離穿刺穿刺針道會有一定程度的偏移，此外模板內部旋轉不能完全避開肋骨的遮擋。

3 3D打印模板在CT引導下125I放射性粒子植入治療肺癌中的應用

3D打印模板是指通過影像學數字化信息系統，把肺癌患者腫瘤掃描信息輸入到計算機治療計劃系統，打印出指導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圓形模板，是通過3D打印技術打印出的具有坐標系和標示系統的平面模板。模板上的每個小孔都有一個相對應的數字化坐標與TPS的模擬模板相對應，適用于全部針道可進行平行插植腫瘤的治療。肺癌放射性粒子植入中應用3D-PCT時如遇到肋骨遮擋，可先使用肋骨鉆對肋骨打孔，再進行穿刺布針[17]。3D-PCT上的孔位坐標為植入針提供了精確的引導，放射性粒子排布精準到位，術前計劃可得以實施[18]。

3D-PNCT是將腫瘤信息通過數字化處理后傳輸到TPS，醫生和物理師勾畫靶區、定義處方劑量和設計針道信息，然后使用3D打印機打印出個體化模板。3D-PNCT在設計上打破了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，模板上標記有坐標系、標示系統和象限分隔，用于術中復位和指導穿刺。3D-PNCT能降低植入操作的難度和風險，能減少或避免對骨骼的打孔，減少患者痛苦[19-20]。根據針道上的數字化信息進行穿刺布針，減少術中掃描次數，縮短手術時間，提高手術效率，降低手術難度。使用3D-PNCT引導穿刺具有定位、定向準確的特點，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不僅應用于肺癌的放射性粒子植入，還應用于其他復雜解剖結構區域的惡性腫瘤，如肝癌、頭頸部惡性腫瘤及椎旁/腹膜后腫瘤的治療，均獲得術前、術后治療計劃匹配和植入精確的效果[21-24]。

3D-PCT上有多個針道可以選擇，應用時不需要復位。3D-PNCT對患者術中復位要求較高。王俊杰[25]利用4D-CT掃描技術、坐標系理念和固定針技術、激光定位系統及真空負壓固定墊使患者術中能做到精確體位復位，實現術中復位與術前治療計劃高度融合。通過術前、術后劑量學比對，證明3D-PT輔助技術完全可以精準實現術前計劃。

3D-PT技術可實現不同部位、運動器官和不規則形狀腫瘤放射性粒子植入劑量最佳適形度，進而全面提高了放射性粒子植入治療的精度和效率，操作更簡便、更安全，真正實現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域的一場革命。雖然3D-PT技術有許多優點，但是如果腫瘤自身體發生體積變化(3D-PT定制需1周左右時間，腫瘤體積因生長增大或因化療縮小)或因穿刺形成氣胸造成腫瘤位置改變等情況會影響模板與靶區的復位，進而影響術前計劃的實施。

4 機器人在CT引導下125I放射性粒子植入治療肺癌中的應用

CT是125I放射性粒子植入治療肺癌理想的影像引導方式，但是常規CT不能做到實時引導穿刺，術者往往需要根據多次CT掃描來調整穿刺的角度和深度。如果腫瘤臨近心臟、大血管等危險器官，這種非實時影像引導穿刺會增加發生嚴重并發癥的概率。CT透視技術是指運用螺旋CT快速連續掃描實現在監視器中實時顯示被檢組織的斷層圖像。利用CT透視導技術引導穿刺進行125I放射性粒子植入，可以實時觀察穿刺進針的方向和深度，使125I放射性粒子植入過程接近實時可視化。利用CT透視引導125I放射性粒子植入，手術時間與傳統CT引導相比明顯縮短,而且手術相關并發癥的發生率也明顯降低[26]。利用CT透視可接近實時引導穿刺，大大提高穿刺精度，但是術者接受放射劑量也將增大，這也限制了CT透視技術在125I放射性粒子植入中的應用。

近年來機器人技術在醫療領域發展迅速，達芬奇機器人系統獲得了巨大的成功。國內學者對機器人輔助125I放射性粒子植入進行積極的探索和嘗試。朱衍菲等[27]使用機器人導航輔助CT透視技術引導穿刺肺癌125I放射性粒子植入，與常規CT引導肺癌125I放射性粒子植入術相比CT掃描次數少，輻射劑量小、穿刺精度高，具有較高的臨床應用價值，但目前開展例術還不多，機器人的應用也僅僅限于植入針的穿刺，放射性粒子植入還需手動完成，而其安全性和手術時間還需進一步觀察。理想的肺癌放射性粒子植入機器人要不僅能實現自動穿刺而且能實現放射性粒子自動植入，在能提高手術安全性的前提下降低患者和術者接受的輻射劑量。目前用于前列腺癌放射性粒子植入的機器人及顱頜面部診斷穿刺機器人正在積極地研發中。相信不久的將來，會有較好的可操作性和穩定性，提高植入手術安全性，滿足穿刺和植入自動化的肺癌放射性粒子植入機器人應用于臨床。

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