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嘉峪檢測網 2025-04-29 08:44
通過開發全有機、柔性、組織等效的實時劑量監測器，首次在臨床條件下驗證了其對高能質子和熱中子輻射的穩定響應，展示了在癌癥放療中提升劑量控制精度與患者安全性的巨大潛力。
癌癥是全球死亡的主要原因，約占死亡人數的六分之一。2022 年，世界衛生組織報告稱，全球有 2000 萬新發癌癥病例和 970 萬例癌癥死亡病例。預計到 2050 年，癌癥負擔將增加 ~77%，給衛生系統、個人和社區帶來更大的負擔。治療癌癥患者最常見的方法之一是放療。
在癌癥治療領域，精準放療始終是臨床追求的目標。然而，現有手段很難在治療過程中實時監測患者體內的實際吸收劑量，這帶來了一定的療效不確定性與正常組織損傷風險。
4月25日，意大利博洛尼亞大學等機構的研究團隊在《科學進展》發表了重要成果：開發了一種可穿戴、柔性、人體組織等效的全有機劑量計，實現了在癌癥放療過程中的原位實時劑量監測。這項研究標志著腫瘤放射治療精準化邁出了重要一步。
圖1 探測器架構示意圖，用于放射治療期間的實時劑量監測
1.傳感器器件開發與優化
研究團隊提出并實現了一種全有機間接輻射探測平臺，核心器件由由柔性有機光電晶體管（OPT）與功能化聚硅氧烷基閃爍體直接耦合組成，采用溶液工藝低溫制造，構建在100 μm厚的聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）柔性基底上。
有機光電晶體管（OPT）：基于柔性聚萘二噻吩（DNTT）半導體制成，靈敏度高，信噪比優異。
聚硅氧烷基閃爍體：可以根據需要功能化，響應不同類型的輻射（如高能質子、熱中子）。
通過專用光學透明膠將閃爍體與OPT耦合，確保最優光捕獲效率，同時保持器件機械柔性。
2.臨床環境質子束實驗驗證
圖2 200 MeV 質子束下的劑量計表征
模擬環境：使用3D打印的人體盆腔仿體（源自真實CT數據），模擬前列腺癌患者治療場景。
質子束參數：采用200 MeV能量質子束，在Trento質子治療中心（TIFPA）實驗室進行照射，劑量率20 mGy/s。
實驗過程：
將劑量計分別置于仿體中接近前列腺和遠離靶區（直腸）的位置；
在不同劑量下（0.2 Gy–2 Gy）連續實時記錄器件電流響應；
通過商業電離室（MARKUS）對照劑量率，完成劑量響應標定。
結果分析：
設備在220 mGy以上劑量區間內表現出良好的線性響應；
靈敏度達到 (3.40 ± 0.07) × 10?? C·Gy?¹·cm?²，顯著優于現有商業探測器；
彎曲至半徑5 mm后仍保持穩定檢測性能。
3.熱中子探測能力拓展測試
圖3 高能質子束下的聚硅氧烷閃爍體表征
中子源條件：在INFN-LNL的MUNES中子源進行熱中子照射測試（通過Be(p,n)反應+慢化器產生）。
閃爍體功能化：在硅氧烷基體中摻雜ZnS:Ag和Li?¹?B?O?，利用Li和B的(n,α)反應產生可見光輸出。
測試過程：
逐步增加中子通量（2.3×10? ~ 7.5×10? n·s?¹·cm?²），記錄OPT響應信號；
驗證器件在高靈敏區域下對中子劑量變化的響應趨勢。
初步結果：
成功檢測到熱中子信號，盡管在低通量區存在響應線性度不足的問題，未來可通過優化器件靈敏度進一步改進。
最后該研究對劑量計（OPT和閃爍體）分別進行高劑量（最高至37 Gy）輻照后性能測試；結果顯示無明顯性能退化，證明了其優異的抗輻射損傷能力，滿足臨床治療常規劑量需求。
4.臨床應用潛力及其創新性
1. 實時監測，提升治療精準度
當前放療依賴治療計劃系統（TPS）計算劑量分布，但患者體位變化、呼吸運動等因素常導致實際劑量與計劃不符。實時劑量監測能及時發現偏差，指導臨床快速調整，顯著降低正常組織并發癥，提高治療效果。
2. 柔性可穿戴，不干擾治療
這款劑量計厚度小、重量輕、柔軟可彎曲，可直接置于患者體表或體內輔助器具（如直腸氣囊）上，不改變射線傳輸路徑，不干擾放療計劃，真正實現了原位實時監測。
3. 人體組織等效，免除復雜校準
傳統探測器（如硅探測器或金屬電離室）因材料與人體組織不同，需繁瑣校準。而本研究所用的有機材料密度與有效原子序數接近人體組織，自然實現劑量等效，極大簡化了臨床應用門檻。
4. 適應多種輻射治療模式
通過調整閃爍體成分，劑量計可靈活響應不同類型輻射（如質子、熱中子），支持包括質子治療、BNCT等先進放療技術的劑量監測。
盡管取得了重要突破，研究團隊也坦率指出了未來需要進一步優化的方向，包括：提升空間分辨率與時間分辨率；開發適配的多通道集成讀出系統；推進大面積制造一致性控制，以滿足臨床批量化應用需求。
Ilaria Fratelli et al., A wearable tool for real-time dose monitoring during cancer radiation therapies. Sci. Adv. 11, eadt7633(2025). DOI:10.1126/sciadv.adt7633
來源：Internet
