CN110818916A - 一种三维Fricke凝胶剂量计、其制备方法及应用 - Google Patents

一种三维Fricke凝胶剂量计、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本公开属于Fricke凝胶剂量计技术领域，具体涉及一种三维Fricke凝胶剂量计、其制备方法及应用。为了对辐射剂量进行准确的判断，本领域内通常采用Fricke剂量计对辐射剂量进行测量。本公开提供了一种个体化、拟人化的三维Fricke凝胶剂量计，采集患者待辐照部位的信息，并通过3D打印技术制成体模，有利于对病人个体提供更为精确的测定结果。

Description

一种三维Fricke凝胶剂量计、其制备方法及应用
技术领域
本公开属于Fricke凝胶剂量计技术领域，具体涉及一种三维Fricke凝胶剂量计，所述凝胶剂量计的制备方法及应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在临床治疗中，为了降低辐射对正常组织的影响，医护人员需要对放疗剂量进行准确的控制。目前先后出现了点剂量验证、面剂量验证、三维剂量验证等方法，具体包括电离室胶片、半导体阵列、电离室矩阵、凝胶剂量计等。其中，三维剂量验证可以一次性显示靶区中任意一点的剂量，并且实现三维剂量分布的验证，在辐射剂量测定中具有较为广泛的应用。凝胶剂量计是一种以人体等效组织材料作为载体，均匀分布辐射敏感化合物的辐射剂量测定体模，它结合了组织等效体模和剂量计的双重功能，不需要向凝胶里***探测器就可记录辐射场的三维分布，是一应用前景广泛的剂量验证设备。
三维Fricke凝胶剂量计是本领域常用的凝胶剂量计。将硫酸亚铁溶液(即Fricke溶液)与凝胶结合，在射线(X或Y线)的作用下，Fe2+转化成Fe3+。体模中加入螯合剂二甲酚橙，能选择性的与Fe3+特异性的结合，降低氧化还原电势，促进Fe2+的转化，使颜色变化更明显。Fe2+和二甲酚橙在酸性环境下呈现黄色络合物，辐照后，生成Fe3+和二甲酚橙络合物会呈现橙-紫色。在一定的范围内，Fe2+的转化效率跟射线量成正比。辐照完成后体模会呈现不同的颜色分布，因此可以观察体模不同深度，不同位置的剂量的空间分布。
然而，发明人在研究中发现，病人个体是具有唯一特征的，且病变部位、类型均不相同，现有的各种剂量计无法对病人个体的剂量计划进行验证。
发明内容
基于上述研究背景，本公开提供了一种个性化的三维凝胶剂量计。根据每个患者的医学图像数据进行3D打印，打印出该患者进行放疗部位的模具。向模具中灌入该部位的等效组织材料(凝胶、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)等)、硫酸亚铁铵、氯化钠、二甲苯酚橙、硫酸等材料的混合物，通过观察体模的颜色变化及Fe2+到Fe3+的转化量来进行剂量验证。
本公开第一方面，提供一种三维Fricke凝胶剂量计，所述三维Fricke凝胶剂量计由以下原料构成：空心模具、水、等效组织材料、硫酸亚铁铵、氯化钠、二甲苯酚橙及硫酸。
优选的，所述等效组织材料包括多糖、明胶、PVC、PVA、琼脂糖或结冷胶等。
具体的，所述等效材料依据待测的人体组织进行选择，选择与待测人体组织CT值相近的等效材料。
优选的，所述水、等效组织材料、硫酸亚铁铵、氯化钠、二甲苯酚橙及硫酸的质量比为：100：(0.3～10)：(0.01～1)：(0.001～0.1)：(0.001～0.15)：(0.05～5)。
本公开第二方面，提供第一方面所述三维Fricke凝胶剂量计的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)打印待辐射部位轮廓模具；
(2)将水、等效组织材料、硫酸亚铁铵、氯化钠、二甲苯酚橙及硫酸按比例混合得的溶液倒入空心模具中，并使其冷却成为胶状。
优选的，所述步骤(1)的具体操作如下：通过CT或MRI扫描，获得患者待辐照部位的轮廓信息，通过3D打印机打印具有该部位轮廓的空心模具。
所述空心模具，空心模具的材质，视等效组织材料而定，高温的等效组织材料用耐高温的材质，温度低的等效组织材料用常规的材质。
优选的，所述步骤(2)的制备步骤如下：将二甲酚橙、硫酸亚铁铵、氯化钠、硫酸按比例混合成溶液A，将等效组织加入水中使其溶解得到溶液B，将溶液A及溶液B混合后得到混合溶液，向混合溶液，将混合溶液倒入模具中冷却成为凝胶。
优选的，在使用前10～14h制备凝胶。
优选的，冷却后将凝胶置于5～7℃摄氏度保存。
本公开第四方面，提供第三方面所述制备方法得到的凝胶剂量计。
本公开第五方面，提供第四方面所述凝胶剂量计在辐射剂量测定领域的应用。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开提供了一种基于3D打印的三维Fricke凝胶剂量计，通过3D打印技术模拟患者待辐照部位的轮廓信息，有利于获得对患者个体更为精准的剂量测量结果。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，为了克服现有技术中存在的不足，解决如上的技术问题，本公开提出了一种三维Fricke体模、其制备方法及应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本公开的技术方案。
实施例1
1、人体放疗部位模具的3D打印
使用多材料多喷头的3D打印机进行打印。按照个人的体型，进行相应的尺寸放疗器官的打印
(1)CT或MRI扫描：通过扫描的图像得到器官或组织的三维轮廓
(2)打印：用3D打印机打印器官轮廓模具
2、模具中人体组织器官等效组织的灌注
人体的组织等效材料主要有多糖、明胶、PVC、PVA、琼脂、琼脂糖、结冷胶
以琼脂糖为例：
材料：蒸馏水、硫酸亚铁铵、氯化钠、硫酸、琼脂糖、二甲酚橙
制备：蒸馏水800ml
硫酸亚铁铵0.3136g
氯化钠0.0468g
二甲苯酚橙0.0608g
硫酸3.999g
琼脂糖8g
步骤：
(1)将二甲酚橙、硫酸亚铁铵、氯化钠、硫酸按比例加入到占水总体积25％的水中，混合成溶液A；
(2)将称重好的琼脂糖加入到剩余的水中，搅拌，加热，直至液体呈澄清透明状，为溶液B；
(3)测试溶液B温度，待温度将至60～70℃时，将溶液A倒入，使溶液A和溶液B混合，继续搅拌；
(4)将搅拌均匀的溶液A与溶液B的混合溶液灌入器官轮廓模具中，待冷却成具有一定硬度的凝胶，从模具中取出，得到个性化的三维Fricke凝胶剂量计。
3、放疗中剂量的验证
(1)将体模用Co-60进行照射。扫描凝胶体模传至计划***作为标准体模，并将患者的放疗计划移至标准体模，并计算剂量。
(2)对体模实施放疗计划，扫描后得到体模的三维剂量分布
(3)将计划的结果与体模颜色及Fe3+的分布进行对比分析。如果两者差异在可接受的误差范围则认为计划可行并对病人实施计划，反之要找出原因并修正计划再次进行验证。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维Fricke凝胶剂量计，其特征在于，所述三维Fricke凝胶剂量计由以下原料构成：空心模具、水、等效组织材料、硫酸亚铁铵、氯化钠、二甲苯酚橙及硫酸。
2.如权利要求1所述三维Fricke凝胶剂量计，其特征在于，所述等效组织材料包括多糖、明胶、PVC、PVA、琼脂、琼脂糖、结冷胶。
3.如权利要求1所述三维Fricke凝胶剂量计，其特征在于，所述水、等效组织材料、硫酸亚铁铵、氯化钠、二甲苯酚橙及硫酸的质量比为：100：(0.3～10)：(0.01～1)：(0.001～0.1)：(0.001～0.15)：(0.05～5)。
4.权利要求1-3任一项所述三维Fricke凝胶剂量计的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(2)打印待辐射部位轮廓模具；
(3)将水、等效组织材料、硫酸亚铁铵、氯化钠、二甲苯酚橙及硫酸按比例混合得的溶液倒入模具中，并使其冷却成为胶状。
5.如权利要求4所述三维Fricke凝胶剂量计的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体操作如下：通过CT或MRI扫描，获得患者待辐照部位的轮廓信息，通过3D打印机打印具有该部位轮廓的空心模具。
6.如权利要求4所述三维Fricke凝胶剂量计的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体操作如下：将二甲酚橙、硫酸亚铁铵、氯化钠、硫酸按比例加入到占水总体积25％的水中，混合成溶液A；将等效组织材料加入剩余的水中，使其吸水溶胀得到溶液B；将溶液A及溶液B混合后得到混合溶液，将混合溶液倒入模具中冷却成为凝胶。
7.如权利要求4所述三维Fricke凝胶剂量计的制备方法，其特征在于，在使用前10～14h制备凝胶。
8.如权利要求4所述三维Fricke凝胶剂量计的制备方法，其特征在于，冷却后将凝胶置于5～7℃摄氏度保存。
9.权利要求4-6任一项所述凝胶剂量计的制备方法得到的凝胶剂量计。
10.权利要求9所述凝胶剂量计在辐射剂量测定领域的应用。
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