碳纤维增强聚醚醚酮(CFR-PEEK)与钛植入物在脊柱立体定向体部放疗(SBRT)中的优势比较：基于体模的剂量学评估

本研究针对脊柱立体定向体部放疗(SBRT)中金属植入物导致的剂量计算难题，通过3D打印体模系统比较了钛合金与碳纤维增强聚醚醚酮(CFR-PEEK)植入物对放疗精度的影响。研究发现CFR-PEEK可显著减少影像伪影，无需金属伪影校正(MAR)算法即可实现<3%的剂量偏差，而钛植入物需MAR校正才能满足5%的临床耐受标准，为脊柱肿瘤放疗的植入物选择提供了重要依据。

　　

脊柱肿瘤的精准放疗长期面临金属植入物带来的双重挑战：高密度材料产生的影像伪影干扰靶区勾画，剂量扰动效应威胁脊髓等关键器官安全。传统钛合金植入物虽具有机械强度优势，但其引发的剂量计算误差可达10%以上，而新兴的碳纤维增强聚醚醚酮(CFR-PEEK)植入物因其接近骨骼的密度特性，被认为可能突破这一技术瓶颈。来自西澳大利亚大学(University of Western Australia)与GenesisCare的研究团队在《Physical and Engineering Sciences in Medicine》发表的研究，通过创新性3D打印体模系统，首次全面评估了两种材料在临床放疗工作流中的实际影响。

研究采用三大关键技术：1）定制化3D打印脊柱体模模拟真实解剖结构，集成钛与CFR-PEEK螺钉；2）结合金属伪影校正(MAR)算法的GE Discovery RT CT扫描，建立多模态影像数据集；3）基于Elekta XVI锥形束CT(CBCT)和Brainlab ExacTrac Dynamic的亚毫米级定位验证，配合Monaco治疗计划系统(Monaco TPS)的蒙特卡洛剂量计算。

IGRT测试结果

两种图像引导放疗(IGRT)系统对含植入物体模的定位误差均<0.3 mm，证实现代影像系统能克服金属伪影干扰。其中立体定向X线系统(EXTD)因双平面成像特性，伪影抑制效果优于锥形束CT(CBCT)。

均质介质中的剂量学特性

钛螺钉导致10%的局部剂量衰减及边缘散射效应，而CFR-PEEK仅引起<2%的剂量扰动。Monaco TPS对两种材料的建模误差均<1%，但钛螺钉的中空结构导致中心轴剂量计算偏差达2%。

临床VMAT计划验证

在复杂调强计划中，CFR-PEEK组γ通过率(3%/1 mm)达98%以上，而钛组需MAR校正才能使剂量差异从12%降至5%以内。电离室测量显示，CFR-PEEK组脊髓剂量误差仅2.5%，显著优于钛组的5%耐受极限。

胶片剂量分析

放射变色胶片(EBT4)揭示钛植入物导致特征性剂量模式：螺钉投影区过量10-12%，侧方区域欠量6-7%。CFR-PEEK组则呈现均匀的剂量分布，最大偏差<3%，且无需MAR校正即可满足临床需求。

该研究确立了CFR-PEEK植入物在脊柱SBRT中的技术优势：通过减少88%的剂量扰动和消除MAR校正需求，显著简化临床工作流程。对于必须使用钛植入物的病例，研究证实MAR算法可将剂量误差控制在临床可接受范围，但需警惕螺钉-脊髓距离<5 mm时的风险。这些发现为《ESTRO临床实践指南》中脊柱转移瘤的精准放疗提供了关键技术支撑，尤其对多节段固定或颈椎等小体积靶区的治疗具有突破性意义。未来研究可拓展至多中心验证及碳纤维植入物在质子治疗中的应用评估。