2. 鞍山市肿瘤医院放疗科，辽宁 鞍山 114000
2. Department of Radiotherapy, Anshan Cancer Hospital, Anshan 114000 China
随着3D打印技术的逐步成熟，个体化定制模型已经在越来越多的医疗领域中被应用，其主要体现在外科复杂手术术前有针对性的手术方案讨论，介入治疗和穿刺取材中的精确位置固定及放射治疗中的个体化体膜或浅表肿瘤放射治疗中的个体化体表补偿膜等[1-3]。个体化定制材料模体与治疗本体贴合度高、具有可个体化定制的特性，但还未见相关国家标准对于该种材料的行业应用要求报告及文件。由于放射治疗的特殊性，尤其是个体化定制材料作为浅表肿瘤的替代补偿物时，因为其与靶区之间的密切关系和对于剂量建成上带来的影响，应给予足够的重视。本研究对于一种个体化定制材料在常规临床医用前，以常规乳腺癌放射治疗剂量（50 Gy）为基础进行实验，预期模拟照射前后的各项调查因素不确定性低于5%才符合临床医用要求。（因并无国家相关标准，因此此处不确定性仅为实验样本在不同实验期内的差异性变化。）
1 材料与方法 1.1 样本选取随机选取2021年1—12月个体化定制材料（苏州.普能.中国）5批次材料，材料批号为BD032112SF01、BD032123SF10、BD032315SF21、BD032572SF59、BD033132SF81，主要分子组成为二甲基硅氧烷（37%）、二氧化硅粉（36%）和聚二甲基硅氧烷（27%），厚度均为0.5 cm，分别取各批次材料10 cm × 11 cm。将各份取材裁剪为10 cm × 10 cm样本5份，标记为样本号为A0～E0；将取材剩余的5份1 cm × 10 cm材料标记为样本A1～E1；对A0～E0放疗后样本进行1 cm × 10 cm裁剪取材，取材位置为L-R横向，等中心T向0.5 cm和G向0.5 cm之间，定义为A2～E2样本，要求所有出厂样本在加速器治疗室恒控温度（21℃）在静置6 h以上固定成型。
1.2 材料HU值分析首先应用电子密度模体（CIRS.062M.美国）进行8种材料17个位置的CT电子密度检测并修正现有HU-MASS曲线，然后采用注满水的塑料材质的圆柱形容器与照射前（接受6 MV光子能量照射0 Gy）和照射后（接受6 MV光子量分25 次，单次2 Gy，共50 Gy照射）的实验样本材料并排摆放，在常规临床扫描条件下进行CT扫描，图像回传至Eclipse15.5软件中进行应用profile工具取均值对HU值分析。接受照射前样本定义为A0～E0，接受照射后样本定义为A50～E50。
1.3 材料对剂量的影响分析将接受照射前后的实验样本放置于30 cm × 30 cm × 10 cm固体水（PTW、德国）上表面中心位置，表层固体水应用记号笔标记样本摆放位置并至上而下标记固体水摆放顺序，确保样本与固体水位置的相对固定及重复实验的可靠性。所有扫描结果回传至计划系统中；以固体水体积中心为中心勾画5 cm × 5 cm × 5 cm结构（target），针对target建立6 MV能量、200 MU/Fx、10 cm × 10 cm、机架0°、准直器0°的单野适形计划，实施加速器为VitalBeam（SN3912.美国），定义固体水上表面中心点Point 1和体积中心点Point 2（见图1），通过Eclipse（瓦里安.15.5.美国）计算并取值分析。
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图 1 剂量比对点选取 Figure 1 Selection of dose comparison points 注：Point 1为个体化材料体积中心点；target为剂量照射区域；Point 2为剂量照射区域体积中心点 |
在材料学实验室应用分析天平（扬州.TG-328.中国）对A1～E1和A2～E2称重，在相同实验环境下采用排水法对样本进行密度分析；此外，应用邵氏硬度计（浙江.LX-A.中国）、拉力强度试验机（广东.ZT-969s.中国）、数字粘度计（上海.NDJ-5S.中国）在相同实验环境下进行硬度、撕裂强度及粘度进行分析；实验温度控制为加速器室内恒控温度21℃[4]。
1.5 统计分析实验数据通过SPSS(IBA.22.0.美国)软件以Multiple t检验方式对组间数据进行统计学分析，检验水准α = 0.05。
2 结 果 2.1 接受照射前后HU值变化通过Eclipse15.5软件对接受照射前后2组样本材料进行HU取值分析，发现5组样本材料接受50 Gy/25Fx照射后，HU值均有不同程度的下降，见图2；放疗前后2组样本的HU值差异存在统计学意义（t = 5.511，P = 0.0053），平均差异率为5.252%，接近5%以内的实验预期。
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图 2 接受照射前后HU变化情况 Figure 2 Changes in HU before and after irradiation 注：至左起依次为样本A～E |
在Eclipse15.5中，基于未接受剂量照射的材料样本与接受50 Gy后的材料样本分别建立单野垂照适形计划，并对位于个体化材料与表层固体水交界位置Point 1和固体水体积中心Point 2两点进行剂量采集，采集结果见图3。并应用Multiple t检验进行分组分析，结果见表1。5组实验样本在接受50 Gy剂量照射后，无论在个体化材料下表面还是固体水等中心位置的剂量均有增高，但差异率均低于实验预期的5%。
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图 3 接受照射前后剂量学表现差异 Figure 3 Differences in dosimetric performance before and after irradiation 注：Point0为接受照射前样本，Point50为接受照射后样本。 |
在材料学实验室保持实验环境与加速器室相同温度（21℃），且其他实验环境因素均为相同的情况下，对A1～E1和A2～E2实验样本的密度分析中，未接受照射的实验样本明显高于接受剂量照射后的实验样本；接受照射后的实验样本在粘度上略有提高，但无统计学意义；硬度和撕裂强度上未见差异，见表2。
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表 1 Point 1与Point 2放疗前后统计学差异分析 Table 1 Analysis of statistical differences between Point 1 and Point 2 before and after radiotherapy |
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表 2 接受照射前后样本物理特性值 Table 2 Values of physical properties of samples before and after irradiation |
个体化定制材料作为浅表性肿瘤放射治疗的替代补偿物时，在接受预期照射剂量前后其各项物理特性应保持较好的稳定性，如果出现较大差异，则会造成放射治疗结果的不确定性，或者增加诱发放射性皮炎的可能。在对以二甲基硅氧烷（37%）、二氧化硅粉（36%）和聚二甲基硅氧烷（27%）分子材料进行配比组成的一种个体化定制材料的医用前实验分析中，样本材料的HU值在相对人体脂肪组织的范围内，高于理想的相对人体的肌肉组织HU值，因此在材料配比上仍需进行研究试验，以接近放射治疗医用预期[5]。个体化定制材料除对于贴敷位置的目标形状符合度外，与贴敷目标的HU值一致性也应为主要研究目标。
在模拟乳腺癌放射治疗剂量的HU值对比实验中，接受剂量照射后，各组样本材料的HU值均有所下降，与接受照射前的样本平均差异率在5.252%，略高于实验预期值。此外，对接受照射前后的样本排水法密度分析中，得到了与HU值相同的变化规律，照射后的样本密度均有不同程度的减小。这也符合李建喜等[6-7]在2016年的研究结论，在高能辐射下，聚合物的原有线性序态结构被逐渐破坏，产生了晶格畸变，晶面间距均有所增加；少量自由基的交联发生改变，使自由基体积增大，分子间堆积变得松散，短分子链的自由基活动空间增大，从而使材料的物理密度发生了改变。由于样本材料的密度变小，从而使得照射前后的相同样本出现了HU值上的差异。
在对个体化定制材料参与情况下的剂量学实验分析中，接受50 Gy照射后的样本材料经重新扫描建模与未经照射的样本材料在相同条件下，个体化材料下表面和固体水体积中心处的剂量均有不同程度的提高，其中个体化材料下表面Point 1位置平均提高3.724%，固体水体积中心位置Point 2位置平均提高剂量2.039%，由此可见，受密度和HU值减小的影响，个体化材料下表面即模拟人体皮肤位置受到的剂量学影响要大于计划中心位置的剂量学影响，但实验模拟结果的差异率小于5%，满足实验预期[8-9]。尽管如此，剂量学上差异表现仍该得到足够的重视，个体化材料下表面的剂量可以认为是浅表肿瘤靶区所在位置皮肤表面的剂量，如果该位置未经病理学确定受到肿瘤侵染，则增加了放射性皮炎的诱发概率[10-11]。此外在个体化材料的临床医用过程中，应尽可能应用主动呼吸管理系统或者光学体表追踪系统进行门控管理，避免治疗中受呼吸运动的影响形成局域空腔，局域空腔的出现会产生布拉格空腔效应，增加光子在皮肤表面的反散射堆积，从而被动使皮肤表面剂量增加，诱发放射性皮炎的发生概率。
在材料学实验室的个体化材料受照射前后的物理学特性比对中，除物理密度显著减小外，其他物理学特性均未有明显差异，此结论可能与该实验中对于照射前后的样本材料A1～E1和A2～E2取材体积不足的影响，但根据体积均化效应可推断其影响概率应该接近本实验结果。
本研究通过对于影像学、剂量学及物理学上的个体化定制材料临床医用前分析，旨在为放射治疗行业内对于个体化定制材料的医用准入提供一定参考标准，避免由于个体化材料使用不当所产生的放射治疗副反应或放疗事故。
综上所述，一种个体化定制材料在影像学反馈、剂量学反馈和物理特性的稳定性上接近临床医用要求，推荐投入临床医用。
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