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背景:宫颈癌和子宫内膜癌都是常见的妇科恶性肿瘤。早期的宫颈癌和子宫内膜癌多选择手术治疗,阴道残端是主要的复发部位,手术后对高危患者给予阴道内照射或结合外照射减少阴道复发,对周围器官影响小。阴道施源器是实施阴道内照射的工具,最常用的是单通道柱状施源器,近些年也出现了多通道柱状施源器。但由于手术缝合方式的差异、引流管留置的差别及患者伤口愈合的个体差异等原因导致阴道残端的形状并不一致,标准化的柱状施源器无法避免其表面与阴道粘膜间大的空气间隙问题,无论通道多少,即使采用三维内照射技术,也不能避免其对剂量分布甚至疗效的影响。利用3D打印技术针对不同患者制作个体化的施源器,并三维预布源的方式是解决组织贴合、实现最优剂量分布的理想途径,但国内外仅见个案报道。本研究的目的是评估3D打印施源器在群体中应用的价值,并完善施源器3D打印及实际临床应用的流程,尤其是靶区定义及勾画。为进一步的新型阴道施源器研发及应用提供基础。材料与方法:本研究分为两部分,第一部分是3D打印施源器流程探索,并评估3D打印施源器在群体中的应用价值,第二部分是针对流程中的难点问题阴道内照射靶区勾画进行深入探讨。具体研究材料与方法如下:对2016.3～2017.6期间我科收治的49例子宫内膜癌术后、宫颈癌术后及阴道残端复发患者行CT图像引导下三维腔内放疗,均采用柱状施源器及含稀释复方泛影葡胺溶液的纱布填塞阴道的两次CT定位。第一部分:3D打印阴道施源器与柱状施源器剂量学研究对获取的柱状施源器及阴道内纱布填塞/实际3D打印施源器CT图像分别进行CTV1(施源器/阴道内纱布直接外扩5mm)、CTV2(加上空气间隙后外扩5mm)、CTV3(CTV2顶端1cm减去施源器/纱布及顶端空气间隙后的体积)靶区及OAR勾画。对柱状施源器进行中心单通道、周围六通道的逆向三维计划设计,对纱布填塞CT图像进行模拟3D打印施源器预布源或实际3D打印施源器CT图像上进行三维计划设计,三组计划均要求HR CTV D90=500cGy,对三组计划进行剂量学比较。并对柱状施源器CT图像上的空腔间隙进行测量分析,比较考虑空气间隙的靶体积计划与不考虑的靶体积计划间各靶区覆盖指标的差异。测量阴道中上段长度,并对阴道形态聚类分析。第二部分:CT引导3D打印阴道施源器三维内照射靶区勾画研究勾画CTV2、CTV3、CTV2’(CTV2顶端1cm据实际CT图像上所示阴道顶端厚度修改后的体积)、CTV3’(CTV2’顶端1cm减去施源器/纱布及顶端空气间隙后的体积)靶区并设计三维计划,并在此基础上增加CTV2’(CTV2顶端1cm据实际CT图像上所示阴道顶端厚度修改后的体积)、CTV3’(CTV2’顶端1cm减去施源器/纱布及顶端空气间隙后的体积)靶区及0AR,对柱状施源器进行中心单通道、周围六通道的逆向三维计划设计,对纱布填塞CT图像进行模拟3D打印施源器预布源或实际3D打印施源器CT图像上进行三维计划设计,三组计划均要求HR CTV D90=500cGy。比较不同勾画方式导致的靶区体积VCTV2与 VCTV2.间的变化;比较按CTV2为靶体积进行优化时,CTV2’较CTV2靶区覆盖指标的变化;及按CTV2’为靶体积进行优化时,单通道、六通道柱状、3D打印组间剂量学差异。结果:第一部分:3D打印阴道施源器与柱状施源器剂量学研究1.柱状施源器组51.02%存在空气间隙,中位体积0.17(0.01,0.79)cc。阴道残端复发病例空气间隙发生体积最大(0.35(0.25,0.79)cc),宫颈癌术后最小。2.单通道、六通道柱状组因空气间隙导致靶区覆盖下降的分别占42.86%、46.94%,D90中位下降3%(1%,14%)、4%(1%,19%),V100 中位下降 3%(1%,100%)、3%(1%,12%),p 均=0.000。3.子宫内膜癌术后、宫颈癌术后、阴道残端复发三病种中存在空气间隙且导致靶区下降的比例分别为 85.71%(12/14)、75.00%(6/8)、100.00%(3/3)。4.3D 打印施源器组V100明显高于单通道及六通道柱组(90.010%(90.00%,90.18%)vs90.01%(90.000%,90.11%),p=0.003,90.01%(90.00%,90.18%)vs90.01%(90.00%,90.14%),p=0.004),尤其是顶端1cm处D90、V100明显高于其它两组(D90:p=0.054,p=0.000;V100:p均=0.000)。5.3D打印组DHI、DNR、0I最低(p=0.000)。6.3D打印施源器组靶区内阴道表面平均量较单、多通道柱状组中位减少了 170cGy、133cGy,最大减少435cGy、559cGy,p均为0.000。直肠、膀胱D2cc受量介入两组间,无超处方量,单通道组最高。7.3D打印施源器组阴道中上段长度显著长于柱状施源器组(5.31±1.23cm vs4.95±0.99cm,p=0.004)。据阴道形状分为圆锥柱(48.86%)、扁柱(26.53%)、狗耳柱(12.24%)、扁锥柱(10.2%)、上宽下窄柱(8.16%)五类。析因分析发现靶区包绕下降的最主要因素是空气间隙,易出现空气间隙的类型由高到低分别为狗耳柱形、扁柱、阴道残端复发者、扁锥柱。第二部分:CT引导3D打印阴道施源器三维内照射靶区勾画研究1.柱状施源器组直接外扩法较CT修改法靶体积中位减小0.53cc(-1.96,8.08),导致D90中位/平均下降3.37%～4.000%,V100中位/平均下降2.21%～3.80%,p均=0.000;3D打印组两画法间无统计学差异。2.CT修改法勾画的靶区,3D打印施源器组较单通道、六通道柱状施源器组V100明显增加,p均=0.000,六通道柱状施源器组也较单通道柱状组高,p=0.000。顶端1cm更明显。3D打印组的DNR、0I最低,靶区内阴道表面平均量较单、多通道柱状组中位减少了 239.18cGy、160.18cGy,最大减少779.32cGy、761.32cGy,p均为0.000。3D打印组膀胱、小肠受量最低,乙状结肠受量最高,直肠受量介入两组中,均无超量。结论:3D打印施源器能减少空气间隙、顶端阴道褶皱,增加靶区覆盖,避免高剂量热点和低剂量冷点,特别是在特殊类型靶区如狗耳柱、扁柱、扁锥柱、阴道残端复发病例中应用优势更明显,进一步扩大样本量有助于新型施源器的研发。联合MRI/CT图像顶端修改靶区的三维内照射模式有望能进一步降低处方剂量减轻毒性反应。