3D打印等效膜保护接受放射治疗的病人

        电子束治疗（EBT）是使用电子治疗肿瘤区域的一种放射治疗方法。由于电子放射的剂量会在有限范围内迅速下降，能够避免更深的组织受到放疗的影响。因此EBT主要用于治疗浅表型肿瘤，比如皮肤癌之类的，此外还经常用于肿瘤直接切除手术后的结合治疗。
        EBT治疗的范围大小是通过调整能量的使用量来确定的。调整能量值的一种方法是通过将等效膜（bolus）放置于靶区上，这种等效膜的厚度可以设定，从而调整通过它进入靶区的电子束的能量值。
        日前，加拿大Dalhousie大小和 Nova Scotia 癌症中心研究人员在《临床应用医学物理（Journal of Applied Clinical Medical Physics）》杂志上发表了一篇论文，在论文中，他们讨论了将3D打印用于制造电子放射治疗用等效膜的方法。该方法能够根据每个病人的表面结构和癌症状况，精确适应不同剂量模式需要的等效膜。
         研究小组开发了一种算法以生成等效膜，该算法考虑到了靶区的覆盖面、类似性和同质化等因素而计算出剂量分布。据了解，该小组此前曾研究使用其他方法来设计制造等效膜，如通过一种电子笔波束设计（ electron pencil beam design），然后用铣床制造。但是都有问题，因为病人个体的表面是不规则的，所以在制造过程中往往会产生误差，从而会导致在治疗过程中不必要的高剂量被传递到靶区底层的关键组织上去。

3D打印等效膜保护接受放射治疗的病人

        每个等效膜的设计都是通过Eclipse软件完成，Eclipse将整个覆盖面分成一个个2.5mm大小的网格。 该软件根据输入的坐标生成深度模型和显示的表面。 此外，由于每个人的组织都是独特的，设计时还要为可能的组织异质性留出空间。由于需要考虑到所有病人的可能变量，该模型经历了多次测试和改进。总的来说，该方法是比较有用的，但是目标对象的异常特征出现得越多，就越难创建准确的形式。

3D打印等效膜保护接受放射治疗的病人

         研究人员认为，通过这些变量创建的复杂几何形状使得3D打印成为制造等效膜的一个理想方法。研究人员将生成的模型转化为可3D打印文件输入一台Makerbot Replicator 2，并用Makerware设定了打印质量，用PLA材料打印出了等效膜。另外需要说明的是，研究人员设定了100%的打印填充率，使之是完全实心的。
        当等效膜3D打印完成后，研究人员随后用CT扫描验证嵌合度和校准最终剂量分布。毫不意外，得到的数据证明，使用3D打印制造的等效膜没有出现任何临床上剂量分布的显著错误。事实上，研究小组发现，3D打印的等效膜减少了电子束对周围组织区域的辐射量。
        当研究人员把等效膜覆盖在测试用的假头上时，这种电子“溢出”减少的重要性就显得尤为明显，根据所提供的图像可以清楚地看到，当放射治疗被施加于眼镜区域附近时，防止破坏敏感组织是至关重要的。事实上，研究人员发现对于眼睛部位的电子辐射剂量降低了大约20％。

3D打印等效膜保护接受放射治疗的病人

         本研究收集的数据使研究人员开发了一种算法，将优化等效膜的设计数据以用于3D打印机的制造。这将这将改善辐射剂量分布的精度，从而减少对治疗区域周围健康组织的破坏。 此外，由于3D打印的成本持续下降，使得低成本、高精确度、完全个性化的等效膜制造成为可能。