Hybrid Fabrication of Patient-Specific Intraoral Stents for Head and Neck Radiotherapy: A Retrospective Case Series with Exploratory Dosimetry
تُظهر هذه السلسلة من الحالات الاستعادية أن سير عمل التصنيع الهجين الذي يجمع بين القولبة الوظيفية والطباعة ثلاثية الأبعاد يمكنه بنجاح إنتاج دعامات داخل الفم مخصصة للمريض لحالات متنوعة من العلاج الإشعاعي للرأس والرقبة، محققاً بذلك تخفيضات انتقائية في متوسط جرعة تجويف الفم دون المساس بتغطية الهدف مع الحفاظ على القابلية للاستخدام السريري.
يُعد العلاج الإشعاعي لسرطانات الرأس والرقبة عملية توازن دقيقة؛ إذ يجب على الأطباء إيصال جرعة قوية من الطاقة لتدمير الورم مع حماية الأنسجة السليمة المحيطة به. ويكمن التحدي في أن الفم واللسان والشفاه والغدد اللعابية تقع على مسافة قريبة جداً من هذه الأهداف. وعندما يستلقي المريض بهدوء لتلقي العلاج، تستقر هذه الأنسجة الرخوة بشكل طبيعي بطريقة تضعها غالباً في مسار شعاع الإشعاع مباشرة. ولحل هذه المشكلة، يلجأ الفرق الطبية أحياناً إلى استخدام أجهزة مخصصة تُسمى "المثبتات داخل الفم" (intraoral stents). وهي في الأساس واقيات للفم مصممة لتدفع اللسان برفق للأسفل أو تسحب الشفاه والخدين للخلف، مما يخلق فجوة فيزيائية بين النسيج السليم والورم. ومن خلال تحريك النسيج السليم بعيداً عن المسار، يأمل الأطباء في تقليل كمية الإشعاع التي يتلقاها، مما قد يقلل من خطر الآثار الجانبية طويلة المدى مثل جفاف الفم أو صعوبة البلع.
وقد استكشف فريق من الباحثين في أوكرانيا مؤخراً طريقة جديدة لصنع هذه الأجهزة المنقذة للحياة. فبدلاً من الاعتماد على مختبرات طب الأسنان التقليدية أو عمليات المسح المعقدة لأسنان المريض، طوروا طريقة هجينة تجمع بين العمل السريري الميداني والأدوات الرقمية الحديثة. حيث قاموا بصنع مثبتات مخصصة لستة عشر شخصاً بالغاً يعانون من أورام في الرأس والرقبة، باستخدام سير عمل بدأ بقالب من السيليكون الناعم أُخذ مباشرة من داخل فم المريض. وقد التقط هذا القالب الشكل الدقيق لأسنان المريض أو لثته، أو حتى الحواف الملساء التي تتبقى بعد الجراحة. ثم قام الفريق بمسح هذا القالب الناعم خارج الفم لإنشاء مخطط رقمي، استُخدم لطباعة جهاز صلب ومخصص بدقة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. وقد سمح هذا النهج بتفصيل الأجهزة للمرضى الذين فقدوا جميع أسنانهم أو عانوا من تغيرات كبيرة في بنية الفم بعد الجراحة، وهي حالات تجعل استخدام الأجهزة القياسية صعباً.
اختبر الباحثون مدى فعالية هذه المثبتات المخصصة من خلال النظر في أمرين رئيسيين: مدى راحة وموثوقية الأجهزة للمرضى، وكيف غيرت حسابات جرعة الإشعاع. ومن حيث الراحة، كان أداء الأجهزة جيداً؛ حيث تمكن أحد عشر مريضاً من أصل ستة عشر من إكمال دورة العلاج الإشعاعي كاملة أثناء ارتداء المثبت. ولم يبلغ أي مريض عن كسر الجهاز أو تسببه في ألم لا يُحتمل، واحتاج مريض واحد فقط إلى تعديل بسيط في الجهاز قبل بدء العلاج لجعله أكثر راحة. كما تحقق الفريق من الأجهزة أثناء العلاج باستخدام صور أشعة سينية خاصة أُخذت في أوقات مختلفة. وأظهرت هذه الصور أن فكي المرضى وألسنتهم ظلوا في مواضعهم المقصودة طوال فترة العلاج، مما أثبت أن الأجهزة حافظت على شكلها وموضعها بشكل موثوق.
وعندما حلل الفريق جرعة الإشعاع، وجدوا أن المثبتات قد غيرت بالفعل توزيع الطاقة في الفم، لكن النتائج كانت محددة وليست عامة. ففي سبعة مقارنات تفصيلية، كان متوسط جرعة الإشعاع في الفم أقل عند استخدام المثبت. وفي المتوسط، انخفضت الجرعة من 44.11 غراي إلى 42.94 غراي، وهو انخفاض طفيف ولكنه ملموس. وفي حالة مريض واحد على وجه التحديد، كان الانخفاض كبيراً جداً، حيث انخفض متوسط الجرعة في الفم بمقدار 5.2 غراي. كما نظر الباحثون فيما إذا كان المثبت يساعد في توجيه الإشعاع نحو الورم كما هو مخطط له، ووجدوا أن تغطية الورم ظلت كما هي تماماً مع أو بدون الجهاز، مما يعني أن المثبت لم يتداخل مع الهدف الأساسي لعلاج السرطان. ومع ذلك، أشارت الدراسة أيضاً إلى أنه بينما تلقت بعض المناطق السليمة إشعاعاً أقل، فإن بعض الهياكل المجاورة، مثل غدد لعابية معينة أو عظام الفك، تلقت أحياناً جرعات أعلى قليلاً. وهذا يشير إلى أن تحريك الأنسجة هو عملية مقايضة تعتمد بشكل كبير على تشريح الفرد وموقع الورم تحديداً.
وتخلص الدراسة إلى أن هذه الطريقة الهجينة لصنع المثبتات هي وسيلة عملية وفعالة لتخصيص العلاج لمجموعة واسعة من المرضى، بما في ذلك أولئك الذين لا يملكون أسنانًا. لقد نجحت الأجهزة في تثبيت الأنسجة في مكانها وقللت متوسط جرعة الإشعاع في الفم في معظم الحالات التي فُحصت. ومع ذلك، يشدد الباحثون بحذر على أن هذه النتائج لا تثبت بعد أن المثبتات ستؤدي بالتأكيد إلى تقليل الآثار الجانبية طويلة المدى أو أنها تتفوق على طرق التخطيط الأخرى. وبما أن النتائج استندت إلى حسابات وعدد قليل من المرضى، يقترح الفريق الحاجة إلى دراسات مستقبلية أكبر للتأكد مما إذا كانت هذه التحسينات في الجرعات ستترجم إلى فوائد صحية حقيقية للمرضى. وفي الوقت الحالي، يوضح هذا العمل أنه من الممكن إنشاء أدوات شخصية بسرعة ودقة تساعد الأطباء في التعامل مع الجغرافيا المعقدة للفم البشري أثناء علاج السرطان.
ملخص تقني: التصنيع الهجين للمثبتات داخل الفم المخصصة للمرضى لعلاج أورام الرأس والعنق بالإشعاع
بيان المشكلة يتطلب العلاج الإشعاعي لأورام الرأس والعنق تغطية دقيقة للجرعة المستهدفة مع تقليل تعرض الأنسجة السليمة المجاة، مثل اللسان، الحنك، الشفاه، والغدد اللعابية، للإشعاع. وتستلزم القرب التشريحي لهذه البنى من الورم أو سرير ما بعد الجراحة وجود فصل مكاني مخصص للمريض. وبينما يمكن للمثبتات داخل الفم تحقيق هذه العلاقات، فإن التخصيص يمثل تحدياً خاصاً في حالات المرضى الذين يعانون من فقدان جزئي أو كامل للأسنان (اللاهلية) والتغيرات التشريحية لما بعد الجراحة. تعتمد سير العمل التقليدية غالباً على مختبرات طب الأسنان الخارجية أو المسح المباشر داخل الفم، وهو ما قد لا يكون متاحاً بشكل عام أو قابلاً للتكيف مع ظروف دعم الأنسجة المعقدة. تعالج هذه الدراسة الحاجة إلى سير عمل تصنيع محمول يقاد سريرياً ويستوعب مختلف الحالات السنية ويقيم الأثر الجرعي الناتج.
المنهجية تقدم الدراسة سلسلة حالات وصفية استعادية شملت 16 مريضاً بالغاً مصاباً بأورام الرأس والعنق عولجوا في المعهد الوطني للسرطان في كييف، أوكرانيا. جوهر المنهجية هو سير عمل تصنيع هجين يدمج القولبة الوظيفية مع التصنيع الرقمي:
القولبة السريرية: يتم قولبة نموذج وظيفي مباشرة داخل الفم باستخدام سيليكون التكثيف (C-silicone). تسجل هذه الخطوة علاقة الفك المنشودة، وموضع الأنسجة الرخوة، والمنحنيات الداعمة (الأسنان، الحواف السنخية، أو المخاطية) دون الحاجة إلى المسح المباشر لفك المريض.
النقل الرقمي: يتم مسح النموذج السيليكوني خارجياً باستخدام ماسح ضوئي بصري من طراز Medit i600. وتعمل الهندسة الناتجة كمدخل للتصميم الرقمي.
التصميم والتصنيع: يتم تحسين النماذج الرقمية في برنامج Meshmixer (تنعيم أسطح التلامس، إضافة قنوات التنفس) وتصنيعها باستخدام نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) باستخدام مادة البولي لاكتيك أسيد (PLA) على طابعة Bambu Lab X2D. تتميز الأجهزة بحشوة جيويد (gyroid) بنسبة 8% وإعدادات محددة للجدران والمحيط.
التعقيم والاستخدام السريري: تخضع المثبتات للتعقيم بغاز بلازما بيروكسيد الهيدروجين عند درجات حرارة منخفضة. تُستخدم المثبتات لإزاحة اللسان نحو الذيل، أو سحب الشفاه، أو سحب الخدود أثناء العلاج.
التقييم الجرعي: تم إجراء سبعة مقارنات زوجية باستخدام مجموعات بيانات التصوير المقطعي (CT1) وبدون المثبت (CT2). تم تحسين خطط العلاج على CT1 وإعادة حسابها على CT2 باستخدام خوارزمية XVMC لنظام تخطيط العلاج Monaco مع ثبات معايير الحزمة. شملت المقاييس متوسط جرعة تجويف الفم بالكامل (Dmean)، وجرعات الأعضاء المعرضة للخطر (OAR)، وتغطية الهدف (PTV V95%, V100%, معامل المطابقة، معامل التجانس).
تقييم التكرارية: أُجري تحليل نوعي لصور kV-CBCT مقطعية متسلسلة لثلاث حالات توضيحية لتقييم الحفاظ على فتحة الفك والفصل بين اللسان والحنك عبر فترات العلاج.
المساهمات الرئيسية
التحقق من سير العمل الهجين: تثبت الورقة سير عمل هجين قابل للتطبيق ومحمول يتجاوز الحاجة لمختبرات طب الأسما الخارجية أو المسح المباشر داخل الفم، معتمداً بدلاً من ذلك على القولبة الوظيفية بجانب السرير والمسح الخارجي للنموذج.
التكيف مع التشريح المعقد: نجحت الدراسة في تطبيق سير العمل هذا على المرضى الذين يعانون من اللاهلية الكاملة والتغيرات التشريحية لما بعد الجراحة، عبر تكييف أسطح الدعم مع المنحنيات السنخية والمخاطية بدلاً من الاعتماد فقط على الأسنان.
التوصيف الجرعي: تقدم دراسة تفصيلية للملف الجرعي لتأثير المثبت، وتحديداً تحليل المقايضات بين تقليل الجرعة للأنسجة الفموية غير المصابة وزيادة الجرعة المحتملة في البنى المجاورة.
الجدوى السريرية: توثق الدراسة القدرة على التحمل السريري، والجدول الزمني للتصنيع (3 أيام)، وعدم حدوث كسر في الجهاز أو عدم تحمل شديد لدى المجموعة.
النتائج
التطبيق السريري: استُخدمت المثبتات لإزاحة اللسان نحو الذيل في 13 مريضاً، وسحب الشفاه في مريضين، وسحب الخد في مريض واحد. كان مريضان يعانيان من اللاهلية الكاملة. أكمل أحد عشر مريضاً دورة العلاج الإشعاعي مع المثبت؛ واحتاج مثبت واحد إلى إعادة عمل لراحة المريض. لم يتم الإبلاغ عن أي كسر في الجهاز أو عدم تحمل.
المخرجات الجرعية:
تجويف الفم: في سبعة مقارنات زوجية، انخفض متوسط جرعة تجويف الفم بالكامل (Dmean) في خمس حالات. انخفض متوسط Dmean من 44.11 غراي إلى 42.94 غراي (متوسط انخفاض زوجي قدره 1.17 غراي). وكان أكبر انخفاض هو 5.2 غراي (9.3%) في المريض رقم 12.
تغطية الهدف: في الأزواج الثلاثة المفصلة، ظلت تغطية PTV (V95% و V100%) دون تغيير. أظهر معامل المطابقة (CI95) زيادة طفيفة مع وجود المثبت، وظل معامل التجانس (HIratio) مستقراً أو تحسن قليلاً.
تغيرات الأعضاء المعرضة للخطر (OAR): بينما انخفضت جرعات الغدة النكفية المقابلة، كانت التأثيرات متباينة. في المريض 12، انخفض متوسط Dmean لتجويف الفم غير المصاب بمقدار 3.3 غراي، ولكن زاد متوسط Dmean للغدة تحت الفك في نفس الجانب بمقدار 4.3 غراي، كما زادت الجرعة القصوى (Dmax) للفك السفلي.
التكرارية: أشارت صور CBCT المتسلسلة إلى تشابه واسع في فتحة الفك والفصل بين اللسان والحنك عبر الفترات 1، 10، 28، و30، مما يشير إلى استقرار الوضعية.
الخصائص المادية: أظهرت قياسات التصوير المقطعي للمثبت قيم وحدات هونسفيلد (HU) منخفضة (تتراوح بين -969 و -618 HU)، مما يعكس البنية المركبة للبوليمر والفراغات الهوائية (حشوة 8%).
الأهمية والادعاءات تدعي الورقة أن سير العمل الهجين يتيح التصنيع الفردي للمثبتات داخل الفم لمختلف الحالات السنية وحالات ما بعد الجراحة، بما في ذلك اللاهلية الكاملة، دون الحاجة لمختبرات خارجية. وتدعم البيانات الجرعية فائدة انتقائية: حيث يمكن لإعادة تموضع الأنسجة خفض الجرعة المتوسطة المحسوبة لتجويف الفم بالكامل وللأجزاء غير المصابة في معظم الأزوات التي تم تقييمها دون المساس بتغطية الهدف.
ومع ذلك، يحافظ المؤلفون على موقف متزن فيما يتعلق بالآثار السريرية:
الدراسة لا تثبت انخفاضاً على مستوى السكان في السمية السريرية أو تفوقاً على الخطط المستقلة المحسنة بدون مثبتات.
الانخفاضات الجرعية المرصودة هي وصفية وتعتمد على كل مريض؛ كما أن زيادة الجرعة في بعض البنى (مثل الغدة تحت الفك في نفس الجانب) تسلط الضوء على مقايضة تتطلب تقييماً دقيقاً للمنفعة مقابل المخاطر.
تعمل النتائج كمسوغ للتقييم المستقبلي، وتحديداً لتحديد ما إذا كانت التغيرات الجرعية المرصودة تترجم إلى تقليل التهاب الأغشية المخاطية، أو تحسين وظيفة اللعاب، أو نتائج أفضل يبلغ عنها المرضى.
تخلص الورقة إلى أنه بينما يعد سير العمل قابلاً للتطبيق سريرياً ويوفر فصلاً تشريحياً، فإن هناك حاجة إلى دراسات مستقبلية بمعايير سمية موحدة وخطط مقارنة محسنة بشكل مستقل لتحديد حجم وقيمة هذه التأثيرات.