3D打印等效膜保護接受放射治療的病人

        電子束治療（EBT）是使用電子治療腫瘤區(qū)域的一種放射治療方法。由于電子放射的劑量會在有限范圍內(nèi)迅速下降，能夠避免更深的組織受到放療的影響。因此EBT主要用于治療淺表型腫瘤，比如皮膚癌之類的，此外還經(jīng)常用于腫瘤直接切除手術(shù)后的結(jié)合治療。
        EBT治療的范圍大小是通過調(diào)整能量的使用量來確定的。調(diào)整能量值的一種方法是通過將等效膜（bolus）放置于靶區(qū)上，這種等效膜的厚度可以設(shè)定，從而調(diào)整通過它進入靶區(qū)的電子束的能量值。
        日前，加拿大Dalhousie大小和 Nova Scotia 癌癥中心研究人員在《臨床應用醫(yī)學物理（Journal of Applied Clinical Medical Physics）》雜志上發(fā)表了一篇論文，在論文中，他們討論了將3D打印用于制造電子放射治療用等效膜的方法。該方法能夠根據(jù)每個病人的表面結(jié)構(gòu)和癌癥狀況，精確適應不同劑量模式需要的等效膜。
         研究小組開發(fā)了一種算法以生成等效膜，該算法考慮到了靶區(qū)的覆蓋面、類似性和同質(zhì)化等因素而計算出劑量分布。據(jù)了解，該小組此前曾研究使用其他方法來設(shè)計制造等效膜，如通過一種電子筆波束設(shè)計（ electron pencil beam design），然后用銑床制造。但是都有問題，因為病人個體的表面是不規(guī)則的，所以在制造過程中往往會產(chǎn)生誤差，從而會導致在治療過程中不必要的高劑量被傳遞到靶區(qū)底層的關(guān)鍵組織上去。

        每個等效膜的設(shè)計都是通過Eclipse軟件完成，Eclipse將整個覆蓋面分成一個個2.5mm大小的網(wǎng)格。 該軟件根據(jù)輸入的坐標生成深度模型和顯示的表面。 此外，由于每個人的組織都是獨特的，設(shè)計時還要為可能的組織異質(zhì)性留出空間。由于需要考慮到所有病人的可能變量，該模型經(jīng)歷了多次測試和改進。總的來說，該方法是比較有用的，但是目標對象的異常特征出現(xiàn)得越多，就越難創(chuàng)建準確的形式。

         研究人員認為，通過這些變量創(chuàng)建的復雜幾何形狀使得3D打印成為制造等效膜的一個理想方法。研究人員將生成的模型轉(zhuǎn)化為可3D打印文件輸入一臺Makerbot Replicator 2，并用Makerware設(shè)定了打印質(zhì)量，用PLA材料打印出了等效膜。另外需要說明的是，研究人員設(shè)定了100%的打印填充率，使之是完全實心的。
        當?shù)刃��?D打印完成后，研究人員隨后用CT掃描驗證嵌合度和校準最終劑量分布。毫不意外，得到的數(shù)據(jù)證明，使用3D打印制造的等效膜沒有出現(xiàn)任何臨床上劑量分布的顯著錯誤。事實上，研究小組發(fā)現(xiàn)，3D打印的等效膜減少了電子束對周圍組織區(qū)域的輻射量。
        當研究人員把等效膜覆蓋在測試用的假頭上時，這種電子“溢出”減少的重要性就顯得尤為明顯，根據(jù)所提供的圖像可以清楚地看到，當放射治療被施加于眼鏡區(qū)域附近時，防止破壞敏感組織是至關(guān)重要的。事實上，研究人員發(fā)現(xiàn)對于眼睛部位的電子輻射劑量降低了大約20％。

         本研究收集的數(shù)據(jù)使研究人員開發(fā)了一種算法，將優(yōu)化等效膜的設(shè)計數(shù)據(jù)以用于3D打印機的制造。這將這將改善輻射劑量分布的精度，從而減少對治療區(qū)域周圍健康組織的破壞。 此外，由于3D打印的成本持續(xù)下降，使得低成本、高精確度、完全個性化的等效膜制造成為可能。