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癌症严重威胁全球健康，放疗是常用治疗手段，但精准剂量监测困难。研究人员研发可穿戴、人体组织等效的实时剂量计。该设备在模拟临床条件下性能良好，能检测多种辐射，有望提升放疗精准度与患者安全性。
癌症，这个可怕的病魔，如今已成为全球死亡率居高不下的重要原因之一，每六个人中就约有一人因它失去生命。在 2022 年，世界卫生组织公布的数据令人揪心，全球新增癌症病例高达 2000 万，因癌症死亡的人数也多达 970 万。并且，预计到 2050 年，癌症负担还将激增约 77%，这无疑会给本就紧张的医疗系统、个人和社会带来更为沉重的压力。
放疗，作为治疗癌症的常见方法，是利用高能量的电离辐射来杀灭癌细胞，限制它们的生长。不过，放疗在实际应用中面临着巨大的挑战。一方面，电离辐射就像一把双刃剑，在杀死癌细胞的同时，也容易损伤周围健康组织。尽管人们已经采取了很多技术，试图在最大化肿瘤部位辐射剂量的同时，尽量减少对健康组织的伤害，但患者的轻微移动，比如呼吸，都可能改变器官的靶向体积和所接受的辐射剂量，导致治疗效果大打折扣，还可能引发毒性反应。另一方面，目前缺乏一种能够在放疗过程中实时、原位监测剂量的有效手段，这使得医生难以精准把握放疗剂量，影响治疗质量。因此，研发一种能够实时、原位监测放疗剂量的设备，成为了医学领域亟待解决的重要问题。
为了解决这些难题，来自多个研究机构（原文未明确第一作者单位）的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于研发一种可穿戴、人体组织等效的实时剂量计，用于定量监测癌症治疗过程中患者吸收的辐射剂量。研究结果令人振奋，这种全有机设备在实际临床条件下，通过高能质子束和拟人化体模进行测试，展现出了良好的性能。它不仅能实现对剂量计操作的全面控制，还验证了其对接收剂量的线性响应。此外，通过对基于聚硅氧烷的闪烁体进行适当功能化，该设备能够有效检测不同种类的电离辐射，除了质子，还开发出了可检测热中子的设备，为硼中子俘获疗法（BNCT）的剂量监测提供了可能。这一研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为癌症放疗剂量监测带来了新的希望，有望显著提升癌症治疗的精准度和患者的安全性。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 3D 打印技术，根据患者实际的计算机断层扫描（CT）数据制作拟人化体模，使其能高度模拟真实人体解剖结构；其次，采用蒙特卡罗模拟方法，计算前列腺癌代表性治疗计划中释放的生物剂量；然后，分别在特伦托质子治疗中心（Trento Proton Therapy Center）和国家核物理研究所 - 莱尼亚罗实验室（INFN - LNL）进行质子和中子辐照实验，对剂量计进行性能测试。
下面来看具体的研究结果：
- 设备结构与原理：该全有机间接探测器由有机光电晶体管（OPT）与基于聚硅氧烷的闪烁体耦合而成，根据要检测的辐射类型，可对闪烁体进行功能化处理。例如，在质子测试中使用了聚甲基苯基硅氧烷（PSS100）和聚乙烯基苯基 - 共 - 苯基甲基硅氧烷（PVP - MPS）两种闪烁体；在热中子测试中，使用了含有 ZnS:Ag（EJ600）和6Li210B4O7纳米颗粒的聚硅氧烷闪烁体（DMSV21 聚合物基质）。
- 性能测试：通过模拟前列腺癌质子治疗，研究人员将剂量计置于拟人化体模的不同位置，测试其在 200 - MeV 质子束下的性能。结果显示，该设备具有良好的机械柔韧性，在弯曲半径为 5mm 时仍能正常检测质子。同时，它还具备人体组织等效性，在能量吸收方面与人体相似，无需复杂校准。在剂量响应方面，当暴露时间大于特征时间（约 11s，对应剂量大于 220mGy）时，剂量计对剂量的响应呈良好的线性关系，其灵敏度比商业质子剂量计更高。而且，该设备的响应稳定、可重复，即使在长时间和高强度辐射暴露后依然如此。此外，研究人员还测试了设备的辐射硬度，发现其在经受高剂量质子辐照后，性能依然稳定。
- 检测不同辐射的能力：通过对闪烁体进行功能化，该设备成功实现了对热中子的检测。在 MUNES 热中子源下的测试中，虽然由于测试通量较低，诱导信号与辐射强度的线性关系较差，但依然展现出了检测热中子的潜力，为 BNCT 中的剂量监测提供了可能。
研究结论表明，这种全有机、可穿戴、人体组织等效的剂量计在癌症放疗剂量监测方面具有巨大的潜力。它的诸多优势，如机械柔韧性、大面积可扩展性、人体组织等效性、良好的线性响应以及检测多种辐射的能力，使其有望成为提升癌症治疗精准度和质量的有力工具。然而，研究人员也指出，该技术仍有一些需要改进的地方，比如评估大面积的重现性、提高空间和时间分辨率，以及设计和集成与这种可穿戴和便携式检测技术兼容的多通道读出电子设备等。尽管如此，这项研究成果为未来癌症放疗的发展指明了方向，一旦这些技术得到进一步完善并应用于临床，将为癌症患者带来更精准、更安全的治疗，显著改善放疗效果，提高患者的生活质量和生存率。
