3D打印小鼠体模在CyberKnife颅内放射外科临床前剂量评估中的应用研究

本研究针对CyberKnife立体定向放射外科(CK-SRS)在小动物颅内肿瘤治疗中剂量验证的难题，开发了基于多材料3D打印技术的解剖学精确小鼠体模。研究人员通过整合EBT3胶片和TLD剂量计，系统评估了静态野和非共面复杂照射方案的剂量分布，结果显示测量值与治疗计划系统(TPS)计算值的偏差不超过4.20%。该研究为CK-SRS临床前放射生物学研究提供了标准化剂量验证工具，显著提升了小动物放疗实验的剂量精确性和可重复性。

　　

在精准医疗时代，立体定向放射外科(Stereotactic Radiosurgery, SRS)作为治疗颅内肿瘤的重要技术手段，其核心挑战在于如何在亚毫米精度下实现剂量精准控制。CyberKnife系统凭借其非共面动态适形照射特性，已成为临床SRS的主流设备之一。然而，当这项技术应用于小鼠等小动物模型进行临床前研究时，微米级照射野和陡峭剂量梯度给剂量验证带来了前所未有的挑战——传统圆柱形体模无法模拟真实解剖结构，而商业电离室又难以在微小尺度进行精确测量。

针对这一技术瓶颈，复旦大学附属华山医院神经外科研究所的Xiaoxia Liu、Xiongxiong Ai等研究人员创新性地采用多材料3D打印技术，开发出具有解剖学精确性的小鼠体模。该体模通过透明树脂模拟软组织、玻璃填充聚酰胺(PA3200 GF)模拟骨骼结构，并集成EBT3胶片和TLD剂量计，在《Scientific Reports》发表了题为"Preclinical dose assessment of cyberknife with small animal intracranial irradiation using a 3D printed mouse phantom"的研究论文，为CK-SRS临床前研究建立了可靠的剂量验证体系。

研究团队主要采用三项关键技术：1)基于CT影像的异质材料3D打印技术，实现小鼠头骨与脑组织的解剖学模拟；2)EBT3胶片二维剂量分布测量与TPS计算的自动配准分析；3)TLD点剂量测量与电离室基准验证的交叉校准。通过7.5mm/5mm准直器的静态野和26/23束非共面复杂照射方案的系统测试，获得以下重要发现：

【Film dosimetry】
二维剂量分布分析显示，在靶区中心区域，胶片测量与TPS计算呈现高度一致性。横向剖面平均偏差为2.23%，前后方向为2.31%。尽管在剂量跌落区出现局部最大6%的偏差，但研究者认为这主要源于胶片定位微误差和陡峭梯度区的插值误差。

【TLD dosimetry】
点剂量测量显示，静态野方案中TLD与TPS的最大偏差仅2.20%，非共面复杂方案为4.12%。值得注意的是，角度响应特性导致非共面照射时TLD的自屏蔽效应更为显著。

在讨论部分，作者着重强调了三个关键突破：首先，相比既往采用简化几何体模的研究，该解剖学精确体模能更真实反映CyberKnife在微小尺度下的散射条件；其次，多材料集成策略解决了传统体模无法模拟颅骨衰减效应的难题；最后，通过建立EBT3胶片与TLD的联合验证体系，将临床前CK-SRS剂量不确定度控制在5%以内，显著优于文献报道的22%误差水平。

这项研究的临床意义在于：为CK-SRS放射生物学机制研究提供了标准化实验平台，使不同机构的小动物照射实验具有可比性；所建立的剂量验证方法可直接应用于脑转移瘤、胶质瘤等颅内病变的临床前研究；3D打印体模的低成本特性(约传统定制体模1/10价格)有利于技术推广。正如研究者指出，未来将通过多中心验证进一步优化骨等效材料的放射特性，并开展临床相关剂量(如15-20Gy单次照射)的实验验证，推动CK-SRS从技术平台向转化研究的跨越发展。