3D 打印材料用于体内剂量测定的新突破：PLA 和 ABS 材料的组织等效性研究

研究人员通过蒙特卡罗模拟，探究 PLA 和 ABS 3D 打印材料在核素治疗中剂量分布准确性，为放疗优化提供依据。

　　在核医学领域，放射性核素治疗是对抗疾病的有力武器。想象一下，放射性物质就像精准的 “小导弹”，被注入人体后，能直接瞄准病变组织进行 “攻击”，杀死癌细胞等有害细胞。然而，要让这些 “小导弹” 发挥最佳效果，同时尽量减少对健康组织的伤害，精准的剂量测定至关重要。就好比给病人服药，药量必须精确，多了可能产生严重副作用，少了又达不到治疗效果。

目前，在核医学临床中，患者特异性的预剂量测定主要依赖平面、SPECT/CT 成像或两者结合。但要实现精准的剂量测定，需要在接近真实人体的模型（即拟人化体模）上进行测量，这些体模由组织等效材料制成，能模拟人体组织、器官的解剖结构和特性。可问题是，工业生产这些体模成本高昂，只有大规模生产才划算，这就导致市面上商业化的体模数量有限，且大多由简单几何物体组成，无法满足基于患者个体或器官特异性几何形状的定量成像和吸收剂量估算需求。

为了解决这些难题，来自伊斯坦布尔艾登大学（Istanbul Ayd?n University）和阿尔廷巴斯大学（Alt?nba? University）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Physical and Engineering Sciences in Medicine》上。

研究人员采用蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）模拟技术，对聚乳酸（PLA）和丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物（ABS）这两种常用的 3D 打印材料在放射性核素治疗中的剂量测定准确性进行评估，与真实组织进行对比。

在研究方法上，研究人员选择放射性栓塞（radioembolization）这一核医学临床治疗手段进行体内剂量测定研究。他们利用 GATE 8.1 软件构建了包含肝脏、肺平均体积以及肝脏内 10mm 球形肿瘤模拟物的虚拟体模。考虑到成像和治疗中使用的放射性核素能量不同，分别选用 1mCi 的锝 - 99m（Tc - 99m）和 1mCi 的钇 - 90（Y - 90）进行模拟实验。由于 PLA 和 ABS 材料的化学和物理特性未在材料库中，研究人员将其作为新材料添加，并定义了相应的密度等参数。通过 DoseActor 记录体模内不同组织（肝脏、左右肺）的能量沉积和剂量分布，利用 C++ 代码进行数据分析。

研究结果显示，在 Tc - 99m 模拟实验中，PLA 材料模拟肝脏的剂量与真实组织最为接近，剂量差异为 + 5.6%；而 ABS 材料模拟的左右肺剂量与真实组织更为接近，差异分别为 - 35.3% 和 - 40.9%。在 Y - 90 模拟实验中，PLA 材料模拟肝脏的剂量差异为 + 1.7%，ABS 材料模拟左右肺的剂量差异分别为 - 34.2% 和 - 34.9% 。

从剂量分布差异的角度来看，研究发现随着与放射源距离的增加，肝脏中剂量差异百分比显著增大。而且，与文献报道相比，该研究中 PLA - 组织或 ABS - 组织的剂量变化处于更可靠的范围。

在研究结论和讨论部分，研究表明 PLA 材料在模拟含放射源的组织或器官（如肝脏）的剂量分布时，能产生更准确的结果；而 ABS 材料在模拟远离放射源的组织和器官（如肺）的剂量分布时，更接近真实情况。这意味着在进行放射性核素治疗的剂量模拟时，临床医生可以根据不同的研究需求，选择更合适的材料制作体模，从而提高治疗方案的准确性，减少对健康组织的辐射损伤，降低放疗副作用，提高肿瘤控制效果。

同时，研究也指出了自身存在的局限性，如模拟计算时的计算能力受限，导致使用的放射性活度较低，这可能增加剂量估算的不确定性；研究中使用的 ABS 和 PLA 材料在复制人体组织精确放射学特性方面仍存在不足；研究仅针对 Tc - 99m 和 Y - 90 这两种放射性核素，结论的普适性有待进一步验证。

未来研究可朝着利用高性能计算资源（如基于 GPU 的蒙特卡罗模拟）模拟更高放射性活度水平、纳入更多放射性核素（如镥 - 177、锕 - 225）、开发具有可调特性的新型 3D 打印材料等方向展开，以进一步提高放射性核素治疗剂量模拟的准确性和可靠性，推动个性化放疗的发展。