体内金属植入物对放疗剂量分布的影响及物理分析

本文总结了目前体内金属植入物对光子线放疗剂量分布影响的研究结果,讨论产生相应影响的物理基础,并概述两大类金属植入物(金属内植入物和各种金属支架)对光子线放疗剂量分布影响的特点及临床处理原则.     

骨科植入物的抗腐蚀性能

背景：源于医用金属材料的电化学溶解,以及与磨损交互作用造成的腐蚀破坏,影响着这些置入材料的使用功能及寿命。 目的：评论骨科植入物的抗腐蚀性能。 方法：以“金属材料,腐蚀,生物相容性;corrode,metal material,orthopedic implants”为关键词,采用计算机检索PubMed数据库、维普数据库1995-01/2011-10有关骨科植入物抗腐蚀性应用的文章。 结果与结论：生物医用金属材料包括不锈钢材料、镁及镁合金材料、钛及镍钛合金。目前医用金属材料应用中的主要问题是：由于生理环境的腐蚀,会造成金属离子向周围组织扩散及置入材料自身性质的蜕变,前者可能导致毒副作用,而后者常常导致材料植入失败。因此医用金属材料要满足临床应用,其首要条件是应具有生物相容性和生物安全性,其次是要有良好的耐腐蚀性及力学性能。 关键词：腐蚀;金属材料;生物相溶性;生物材料;植入物 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.09.035     

不同骨科植入物修复老年髋部疾病：并发症及死亡因素分析

文章快速阅读：  文题释义：骨科植入物：通过侵入的方法,全部导入人体替代组织或保留在体内操作位置的器械;通过侵入的方法,部分导入人体并保留在操作位置至少30 d的医疗器械,也可认作是植入物。主要有骨接合植入物和骨与关节替代物等。   背景：骨科老年髋部手术患者常常合并有多种疾病,植入物置入后易发生并发症。目的：不同骨科植入物修复老年髋部疾病患者的特点及置入后并发症和死亡影响因素的研究。方法：249例老年患者分别接受全髋关节置换、股骨头置换、股骨近端髓内钉、Gamma钉、空心钉置入治疗。对不同植入物的患者的年龄、性别、髋部疾病类型、麻醉风险评估、心理精神因素、入院血红蛋白、置入前白蛋白、置入前合并症察尔森合并症指数、麻醉方式、骨科植入物、手术持续时间、术中出血、住院时间、并发症、死亡与存活进行分析。结果与结论：5种骨科植入物修复老年髋部疾病：①不同骨科植入物在患者年龄、麻醉风险评估评分、入院血红蛋白、置入前白蛋白水平方面差异有显著性意义,在住院时间、手术持续时间、术中出血量差异有显著性意义,与并发症及死亡差异无显著性意义。②住院时间、置入前白蛋白及置入前合并症察尔森合并症指数≥3是影响并发症最显著的指标。年龄、入院血红蛋白和置入前合并症察尔森合并症指数≥3是影响死亡最显著的指标。③置入前全面评估患者情况的意义：老年髋部疾病患者行手术治疗时,骨科植入物虽然不是影响置入后并发症及死亡发生的影响因素,但是实施人工关节置换的患者可早期下床负重活动,降低置入后并发症及死亡率;对于高龄、贫血、低白蛋白血症及察尔森合并症指数≥3的患者,要给予高度重视,尽早评估患者察尔森合并症指数,积极处理合并症,纠正贫血和低蛋白血症,预防置入后并发症的发生,可缩短住院时间,降低置入后死亡率。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程 ORCID:0000-0001-5998-0857(王宸)     

镍钛形状记忆合金植入物在骨科的应用*

近年来,由镍钛形状记忆合金材料制成的骨科植入物种类越来越多,使用越来越广泛。其优异的形状记忆功能及低磁性、抗磨损、耐腐蚀、耐疲劳的特性使其在骨科植入物方面表现突出。由于其较好的组织相容性及弹性,可适应各种临床需要,也得到了广大医生的青睐。而镍钛形状记忆合金植入物产生影响的因素也是复杂多样的,这些因素对植入物在体内是否能发挥预期的作用至关重要。本文将对镍钛形状记忆合金植入物应用的研究现状及进展进行综述。     

骨科植入物表面细菌生物膜的研究与机制

背景：细菌形成生物膜后耐药性极强,而外科感染特别是骨科植入物感染与植入材料表面形成细菌生物膜密切有关。 目的：综述了细菌生物膜形成、结构、影响因素、耐药机制及防治措施的研究进展。 方法：以 “Bacterial biofilm,Drug resistance,Implant,Infection”为英文检索;以“细菌生物膜,耐药性,植入物,感染”中文检索词,检索 CNKI和PubMed数据库1982年1月至2011年9月有关细菌生物膜及其防治,植入物术后感染形成生物膜相关研究。纳入34篇文献进行分析。 结果与结论：抗生素应用不能有效清除细菌生物膜,还可诱导耐药性产生。改变生物膜的微环境、选择生物相容性好的内植入材料和降低细菌的黏附性可以更加有效控制感染。     

3D打印钛金属骨科植入物应用现状

3D打印技术近年来在骨科植入医疗器械领域发展迅速,由于其能够根据患者需求个性化地定制植入物形状,并且精确控制植入物的复杂微观结构,从而实现植入物外形和力学性能与人体自身骨的双重适配。生物医用钛及钛合金作为目前骨科植入物的主要原材料,具有优越的生物相容性,与3D打印技术结合,成为各国科学家以及医疗器械厂家研发的热点,促进3D打印钛金属骨科植入物的商业化。针对3D打印钛金属骨科植入物的特点、钛金属粉末要求、已上市产品情况、临床研究、存在的问题以及标准和审评规范等的现状与发展进行论述和展望。     

拓扑优化技术在骨科植入物创新设计的应用进展

得益于近年来增材制造技术（又称3D打印技术）的迅速发展,有别于传统规格化骨科植入物,制造内外部结构复杂的新型植入物成为可能。有限元分析方法一直以来都是骨科植入物创新设计极具价值的研究手段之一,并具有高效率、低成本、可靠性高等特点,而在此基础上进一步延伸的拓扑优化技术因其在非参数结构优化中的广泛应用,现已从结构工程领域逐渐被拓展到定制化骨科植入物的设计中,初步显示出其巨大的应用价值。本文综述了拓扑优化技术在骨科植入物领域的应用和发展过程,特别对其在脊柱、关节和创伤骨科器械设计中的应用现状进行了详细的论述。最后,总结现有技术的局限性,展望了拓扑优化在定制化骨科植入物研究领域的发展趋势。     

棘突间植入物对椎间盘及关节突的生物力学影响

目的 探讨棘突间植入物(DIAM)对腰椎间盘及关节突的生物力学影响。方法 纳入9具急性脑外伤死亡的中青年新鲜尸体的脊柱标本L_1~5段,简单随机化分组方法分为4组:A组(2例)标本无特殊处理(生理状态),B组(2例)标本实施L_3~4开窗联合椎间盘切除术,C组(3例)及D组(2例)标本分别在B组手术基础上安置DIAM及椎弓根钉内固定。分别检测标本L_2~3、L_3~4、L_4~5水平腰椎、椎间盘及关节突的应力。结果 B组标本L_3~4节段椎间盘及关节突应力较生理状态增大。应用DIAM固定后,L_3~4节段相邻椎间盘及关节突应力与生理状态下相似,差异均无统计学意义(P值均＜0.05)。脊柱ISOLA内固定融合手术后,L_3~4节段关节突及椎间盘应力下降,同时相邻椎间盘所受应力升高,差异均有统计学意义(P值均＜0.05)。结论 DIAM能够有效降低因手术导致腰椎后部关节突及椎间盘不良应力增高,并降低脊柱融合引起的相邻节段的应力升高。     

不同类型外科植入物组织学生物相容性评价比较

目的　评价不同类型外科植入物的生物相容性。方法　将近几年检测外科植入物,依据GB/T16886.6-1997标准,从炎症、纤维囊壁形成、周边组织反应及材料降解四个方面进行组织学观察评价比较。结果　镍-钛合金类、胶原止血海绵材料组织反应较轻,有些植入点还优于对照材料;而羟基磷灰石类材料组织反应呈中度,甚至有的植入点呈重度。结论　依据GB/T16886.6-1997标准,评价得分被检材料生物相容性是良好的。通过本文综合分析比较,以期对外科植入物材料的选择及临床应用提供一定的参考。     

不同固定技术对食管癌放射治疗精度的影响

目的 探讨在线红外引导改良一体板联合颈胸膜固定技术减少食管癌患者的放射治疗摆位误差与提高摆位重复性。方法 选择食管癌患者144例,其中男性68例,女性76例;年龄42～77岁,平均年龄60.5岁（标准差13.4岁）;临床分期Ⅰ期42例,Ⅱ期65例,Ⅲ期37例。随机分为在线红外引导改良一体板联合颈胸膜固定组（试验组）72例,三维激光灯引导真空垫+翼型板固定组（对照组）72例。运用Elekta Synergy直线加速器机的锥形束CT(CBCT)对两组患者体位进行扫描,借助X射线容积成像系统对CBCT图像与定位CT图像进行配准得出摆位误差后对其进行统计学分析。结果 试验组在X、Y、Z轴向平移误差为（1.76±0.99） mm、（1.45±0.78） mm、（1.38±0.81） mm,最大值为3.5 mm、3.7 mm、5.2 mm,验证通过率为98.61%、100.00%、98.61%;旋转误差为（1.37±0.90）°、（1.25±0.78）°、（1.39±0.90）°,最大值为2.5°、3.6°、3.7°,验证通过率为98.61%、100.00%、97.22%。对照组在X、Y、Z轴向平...     

Priming the Surface of Orthopedic Implants for Osteoblast Attachment in Bone Tissue Engineering

The development of better orthopedic implants is incessant. While current implants can function reliably in the human body for a long period of time, there are still a significant number of cases for which the implants can fail prematurely due to poor osseointegration of the implant with native bone. Increasingly, it is recognized that it is extremely important to facilitate the attachment of osteoblasts on the implant so that a proper foundation of extracellular matrix (ECM) can be laid down for the growth of new bone tissue. In order to facilitate the osseointegration of the implant, both the physical nanotopography and chemical functionalization of the implant surface have to be optimized. In this short review, however, we explore how simple chemistry procedures can be used to functionalize the surfaces of three major classes of orthopedic implants, i.e. ceramics, metals, and polymers, so that the attachment of osteoblasts on implants can be facilitated in order to promote implant osseointegration.     

不同角度固定野动态调强在直肠癌术前放疗中的剂量学比较

目的：比较两种不同角度的固定野动态调强（Dynamic Intensity Modulated Radiotherapy,dIMRT）在直肠癌术前放疗中的剂量学差异。方法：选取10例直肠癌术前患者分别设计5F-0°-dIMRT与5F．180°-dIMRT两组计划,用V处方剂量为50Gy/25次。在95％体积的PTV达到处方剂量前提下,比较两组计划的剂量体积直方图（DVH）、靶区和危及器官剂量、靶区适形度指数（CI）、均匀性指数（HI）、正常组织低剂量体积（B-P）、总机器跳数Ⅲ∽以及治疗时间（TreatmentTime,TT）。结果：对于PTV的Dmean来说,5F-0°-dIMRT低于5F．180°-dIMRT（P〈0．05）;5F-0°-dIMRT的靶区适形度指数优于5F-180°-dIMRT（P〈0．05）,而5F-0°-dIMRT的均匀性指数略优于5F-180°-dIMRT,但差异无统计学意义。在膀胱的DEmean、D5与V30中5F-0°-dIMRT低于5F-180°-dIMRT（P〈0．05）,其余V20、V40、V50间差异无统计学意义。小肠V30中5F-0°-dIMRT低于5F-180°-dIMRT（P〈0．05）,而Dmean、D5、V20中5F-0°-dIMRT高于5F-180°-dIMRT,V40、V50中5F-0°-dIMRT低于5F-180°-dIMRT,但差异均无统计学意义。双侧股骨头的Dmean、D5、V20 V30,5F-0°-dIMRT显著高于5F-180°-dIMRT（P〈0．05）,V40则明显低于5F-180°-dIMRT（P〈0．05）。相对于5F-0°-dIMRT来说,B-P的V5、V10、V15高于5F-180°-dIMRT,V20低于5F-180°-dIMRT,差异均无统计学意义,而V30低于5F-180°-dIMRT,差异具有统计学意义（P＜0．05）。5F-0°-dIMRT的MU较5F-180°dIMRT略少（P〉0．05）。5F-0°dIMRT的治疗时间（re）较5F-180°dIMRT略少（P〉0．05）。结论：两组计划均能够满足临床治疗需要,5F-0°-dIMRT较5F-180°-dIMRT提高了靶区的适形度,能更好地保护膀胱、小肠、双侧股骨头的V40和正常组织低剂量区（B-P）V30的剂量,然而对双侧股骨头的高剂量热点与低剂量区的损伤确更大。     

胃癌术后调强和三维适形计划的剂量学比较

目的：研究比较胃癌术后放疗中三维适形和调强两种不同方法产生的计划在靶区剂量分布,正常组织受量等方面的区别。比较两种计划的优缺点,以期指导临床应用。方法：选取5个胃癌术后放疗病人,勾画完靶区后,分别运用三维适形和调强制作计划,比较靶区适形度,均匀性,正常肝组织（Liver-PTV）的（V30,Mean）,双肾（V5,V15,V20,Mean）,脊髓的受量。结果：三维适形计划与调强计划相比,适形度,均匀性较差;正常肝组织的V30和平均剂量调强计划略优于三维适形;双肾的V15平均剂量两者没有明显差异,V20。调强略优于适形计划,小于V5,的低剂量体积调强计划要小于三维适形;脊髓受量两者没有明显差异。结论：总体来说,胃癌术后的调强计划靶区适形度,均匀性优于三维适形计划,正常组织受量与三维适形相当或者略优于三维适形。所以调强计划可以替代三维适形计划作为胃癌术后放疗的主要计划设计方法。     

颈段胸上段食管癌T形野三种照射技术的剂量学比较

目的：控讨颈段胸上段食管癌T形野照射的最佳放疗模式。方法：26例颈段胸上段食管癌T形野照射的患者采用瓦里安Eclipse三维治疗计划系统（3D—TPS）对3种照射技术即：调强放疗（IMRT）、三维适形放疗（3D—CRT）和常规放疗（Con—RT）进行放射治疗计划设计。规定处方剂量54Gy，95％等剂量线涵盖95％PTV（计划靶体积）。Con—RT利用3D．TPS模拟X线模拟机定位设计，等中心照射，前后T形野36Gy，双侧水平野18Gy，均用剂量体积直方图（DVH）分析PTV靶区各项参数和肺及脊髓受照体积和剂量。结果：（1）PTV靶区等剂量线、剂量不均匀指数（Ⅲ）和适形指数（CI）3种照射技术比较IMRT优于3D—CRT。3D—CRT优于Con-RT（P=0．000）（2）肺和脊髓受照体积和剂量3种照射技术比较IMRT优于Con—RT和3D—CRT虽然某些参数Con—RT稍优于3D—CRT，但大部分参数比较差异无统计学差异。（3）调强技术野数的参数比较．PTV、肺和脊髓的各项参数中，5野，7野和9野大部分参数优于3野．7野与9野比较差异均尢统计学意义（P=0244～0．947）。结论：IMRT技术是颈段胸上段食管癌T形野照射最佳选择，它与其他照射技术相比具有明显剂量学优势，以7野和9野IMRT较适宜。     

牙科即刻种植中不同螺纹形态及深度设计参数种植体的生物力学性能

目的分析牙科即刻种植中不同螺纹形态和螺纹深度种植体周围骨质应力分布情况,为种植体的设计和选择提供依据。方法利用Geomagic Studio、Solid Works和ANSYS Workbench建立下颌骨骨块、种植体及下颌磨牙简化模型,施加垂直载荷和斜向载荷,观察不同螺纹形态和螺纹深度的种植体及其周围骨组织应力分布情况。结果垂直载荷作用下,种植体、皮质骨、松质骨应力峰值变化范围分别为120. 51～129. 63 MPa、9. 94～13. 25 MPa、3. 92～8. 01 MPa,V形、矩形、支撑形、反支撑形种植体周围皮质骨在螺纹深度0. 40～0. 45 mm范围内应力变化平稳;斜向载荷作用下,种植体、皮质骨、松质骨应力峰值变化范围分别为220. 23～286. 51 MPa、33. 39～45. 08 MPa、4. 96～12. 5 MPa。螺纹深度为0. 45 mm,V形、支撑形、反支撑形种植体应力最小。结论 V形、支撑形、反支撑形螺纹种植体选择螺纹深度为0. 45 mm,矩形种植体选择螺纹深度0. 40 mm,呈现出较好的生物力学特性。     

乳腺癌传统适形放疗与三维调强放疗剂量学比较

目的评价乳腺癌传统适形放疗和调强放疗靶区剂量分布和心、肺组织接受的剂量。方法使用Eclipse三维治疗计划系统,对37例乳腺癌术后分别实施传统适形放射治疗和调强放射治疗计划。比较两种放射治疗计划的剂量分布和心、肺组织的受量。结果处方剂量为5000cGy时,调强放疗的靶区剂量分布更理想,且心、肺组织受照射剂量和体积也明显少于适形放射治疗。     

基于生物学优化肿瘤放射治疗计划的评估函数研究

目的：从生物学优化肿瘤放射治疗计划的角度来提出可用于评估放射治疗方案可行性的评估函数。方法：在以细胞受到照射后的再修复、再群体化、细胞周期的再分布、肿瘤内乏氧细胞的再氧合,即＂4R理论＂[1]的基础上,分析生物效应剂量函数BED的变种公式,最后得出3个用于评估肿瘤放疗计划好坏的评估函数。再利用评估函数试验性的分析文献报道过的肿瘤放射治疗方案,并与对应的方案结果进行比对,理论上评价评估函数的可行性。结果：综合分析已有治疗方案参数与评估函数理论参数基本一致。结论：基于生物学优化肿瘤放射治疗计划的评估函数在临床上用来预判治疗方案是可行的。     

Elekta Infinity直线加速器治疗床对放疗剂量的影响

目的:研究Elekta Infinity直线加速器治疗床在常用X射线能量下对放疗剂量的影响。方法:将圆柱体模体分别置于碳纤维主治疗床、延长板以及治疗床与延长板衔接处正中,旋转机架,分别让6和10 MV高能X射线穿过治疗床,利用指形电离室测量固体水中间的绝对剂量,得出不同角度下的剂量分布,并计算治疗床对X射线的衰减因子。结果:治疗床与延长板衔接处在120°和240°两个机架角处的剂量衰减因子在6和10 MV两种治疗模式下分别达到了36.02%和36.01%以及30.46%和30.63%,而当机架角为140°~220°时,衔接处与主治疗床的剂量衰减因子相近,在6与10 MV能量下的剂量衰减因子平均值及标准差分别为2.56%±0.49%和2.14%±0.39%以及2.55%±0.48%和1.95%±0.41%,机架角由180°增大或减小时两处的剂量衰减均呈上升趋势,二者均在120°和240°附近达到最大;6和10 MV两种能量下延长板在该角度区间的剂量衰减因子平均值及标准差分别为1.55%±0.24%和1.07%±0.25%,并在115°和245°附近达到最大值,剂量衰减因子分别为4.08%和3.97%以及3.20%和3.34%。结论:后斜野主体部分在主治疗床与衔接处对剂量的衰减低于3%,在延长板处对剂量的衰减小于2%,但在120°和240°附近以及115°和245°附近3处位置的剂量衰减会达到最大,需在计划系统中考虑床的影响;此外,主治疗床与延长板衔接处在120°和240°附近对剂量的衰减急剧增大,不适合作为治疗区域,在治疗病人时需注意避免将靶区移到该区域。     

全中枢照射技术新探索

目的：阐述一种普遍适合于全中枢放射治疗的方法。方法：使用precise plan三维适形计划系统进行计划设计,在计划设计过程中综合利用了非共面射野衔接技术、相邻两野相切技术和正向子野添加技术,最后利用detla4三维剂量验证模体对射野衔接处进行剂量测量验证。结果：计划显示在射野衔接处没有明显的剂量冷点或者热点出现,衔接位置两侧各条等剂量线实现了无缝衔接,靶区得到了理想的剂量分布;并且在剂量验证的过程中发现,当模拟的移床精度控制在±1 mm时,detla4测量衔接处没有明显的剂量偏差,结果符合临床治疗需要。结论：与以往及常规方法相比,本文提到的这种方法适合于绝大多数全中枢放射治疗病例,并且可以在射野衔接处获得更为理想的剂量分布效果。