CN114949630B - 一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用 - Google Patents

一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114949630B
CN114949630B CN202210400047.1A CN202210400047A CN114949630B CN 114949630 B CN114949630 B CN 114949630B CN 202210400047 A CN202210400047 A CN 202210400047A CN 114949630 B CN114949630 B CN 114949630B
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum dot
carbon quantum
dot film
cerenkov
dose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210400047.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114949630A (zh
Inventor
耿长冉
汤晓斌
狄兴
张屹峰
戴冬睿
潘温宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN202210400047.1A priority Critical patent/CN114949630B/zh
Publication of CN114949630A publication Critical patent/CN114949630A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114949630B publication Critical patent/CN114949630B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A61N5/1031—Treatment planning systems using a specific method of dose optimization
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A61N5/1031—Treatment planning systems using a specific method of dose optimization
    • A61N2005/1034—Monte Carlo type methods; particle tracking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用。其中，该方法包括：通过磁力搅拌获得碳量子点溶液与UV固化胶的均匀混合溶液；以透光均质塑料薄膜为基底，对混合溶液滴定‑旋涂‑紫外固化制备可适形的柔性碳量子点薄膜；在光子、电子放射治疗过程中，将碳点薄膜覆盖在患者皮肤表面，通过射线与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射特定波长荧光，结合封装相应波段带通滤光片的CCD光子探测器，实现剂量递送过程中表面光强分布图像的快速高质量获取；依据光学光子与剂量沉积之间的定量关系，最终得到放射治疗剂量分布。本发明具有快速、准确、简单、易行等特点，能有效解决切伦科夫光表面剂量学中光信号微弱以及在不同组织中的衰减差异导致的剂量预测不准确的难题，可有效确保放射治疗的疗效及保障患者辐射安全。

Description

一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的 应用
技术领域
本发明属于辐射剂量学领域，具体涉及基于切伦科夫效应的表面剂量成像方法。
背景技术
体内表面剂量测量是放射治疗中评估组织表层治疗计划准确性和验证剂量递送的有用工具。此外，不同放疗分次中表面剂量的变化可以帮助临床工作人员做出适应计划的决定，并可能有助于解释和减少皮肤反应。在接受放射治疗的癌症患者中，已使用胶片、TLD和凝胶剂量计等方法进行表面剂量的测量。
当电子能量高于切伦科夫光阈能时，将沿圆锥波前方向发射切伦科夫光子，它的能量与带电粒子的能量沉积成一定的比例关系，所以可以将切伦科夫光的光子总能量或者光子数作为一个“中介参量”来确定物质中相应的带电粒子剂量沉积。切伦科夫光学成像具有诸多光学显像的优点如无额外辐射损伤、成像速度快、高通量、价格低廉、应用范围广，尤其是可以用来监测放疗过程组织浅表中的剂量。
但是，放射治疗过程中在患者组织中产生的切伦科夫光子是一种非常微弱的光信号，其强度约为10-6-10-9W/cm2，同时切伦科夫光的波长主要集中在蓝紫的短波长区域，由于生物组织较高的光学吸收与散射系数，只有人体组织浅表所产生的少量切伦科夫光信号能够穿透组织而被采集得到，因此真正能够被采集进行成像的切伦科夫光信号非常微弱，并且具有产生瞬时性、易受环境光干扰等特点。因此亟需研发增强切伦科夫效应的碳量子点薄膜以解决切伦科夫光表面剂量学中光信号微弱以及在不同组织中的衰减差异导致的剂量预测不准确的难题，提高切伦科夫成像的图像质量。
发明内容
为了解决切伦科夫光表面剂量学中光信号微弱以及在不同组织中的衰减差异导致的剂量预测不准确的问题，本申请提出了一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用。
具体地，该方法包括：
通过磁力搅拌获得碳量子点溶液与UV固化胶的均匀混合溶液；
以透光均质塑料薄膜为基底，对混合溶液滴定-旋涂-紫外固化制备可适形的柔性碳量子点薄膜；
在光子、电子放射治疗过程中，将碳点薄膜覆盖在患者皮肤表面，通过射线与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射特定波长荧光；
结合CCD光子探测器，实现剂量递送过程中表面光强分布图像的快速高质量获取；以及
依据光学光子与剂量沉积之间的定量关系，最终得到放射治疗剂量分布。
根据本申请的一些实施例，通过磁力搅拌获得碳量子点溶液与UV固化胶的均匀混合溶液以及对混合溶液滴定-旋涂-紫外固化制备可适形的柔性碳量子点薄膜具体包括：
塑料薄膜基底在使用前需要进行超声洗涤与干燥。洗涤过程具体为：将塑料基底分别在去离子水、乙醇中超声清洗10min；
碳量子点溶液与UV固化胶液的混合方法为：通过磁力搅拌配合加热温度控制系统进行充分均匀混合，所述加热温度为30℃；
碳量子点薄膜旋涂过程中的速度为500 5000r/min，旋涂时间为10～100s；
碳量子点薄膜的固化方式为紫外固化，紫外光波段为365-400nm，光通量为10mW/cm2，固化时间为40秒；
固化处理后获得的碳量子点薄膜，厚度约为222μm，均匀度差异小于5μm。
根据本申请的一些实施例，在光子、电子放射治疗过程中，将碳点薄膜覆盖在患者皮肤表面，通过射线与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射特定波长荧光具体包括：
碳量子点薄膜的吸收光谱波段为300-400nm，这与切伦科夫光的主要发射波段相匹配，发射峰为450nm；
在光子治疗条件下，依据光子产生的次级带电粒子与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射特定波长荧光；
在电子治疗条件下，依据电子与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射特定波长荧光。
根据本申请的一些实施例，结合CCD光子探测器，在不同环境光条件下实现剂量递送过程中表面光强分布图像的快速高质量获取具体包括：
在CCD元件与镜头间封装带通滤光片，其中带通滤光片的透过波段450±20nm与碳量子点发射波段相匹配；
图像获取过程中的环境光是由波长500nm以上的窄波段LED灯提供的，与碳量子点的发射波段分隔开，从而降低环境光对图像质量的影响。所述的不同波段LED灯包括565-575nm黄绿光、580-595nm黄光、600-610橙光以及615-650nm红光LED灯中的一种或多种。
根据本申请的一些实施例，依据光学光子与剂量沉积之间的定量关系，最终得到放射治疗剂量分布主要包括：
基于等效数字体模，结合TPS计划设置的射束条件，利用蒙特卡罗工具包Geant4计算得到射野浅表1cm内的光学光子分布与剂量沉积分布，从而获取从光学光子光强到剂量沉积的转换系数；
将探测获取的覆盖碳量子点薄膜后的光强分布依据转换系数得到放射治疗剂量分布，并与所述剂量沉积结果进行对比，分析此次治疗效果与预期效果的差异度。
本发明的有益效果在于：通过该发明碳量子点薄膜制备方法制备可以适形的碳量子点薄膜，将紫外波段穿透性差的切伦科夫光红移至相机的最佳灵敏探测范围同时消除切伦科夫光的各向异性并结合碳点薄膜相应发射波段的带通滤波片，实现剂量递送过程中表面光强分布图像的快速高质量获取；本发明具有快速、准确、简单、易行等特点，能有效解决切伦科夫光表面剂量学中光信号微弱以及在不同组织中的衰减差异导致的剂量预测不准确的难题，可有效确保放射治疗的疗效及保障患者辐射安全。同时，本发明利用放射治疗过程自身产生的切伦科夫光子作为碳点薄膜的激发光源，未利用额外的射线照射患者，未对患者的治疗产生干扰，做到无额外辐射、无创剂量成像。
附图说明
图1为本发明碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测应用流程示意图。
图2为本发明碳量子点薄膜增强表面切伦科夫效应的示意图。
图3为本发明碳量子点薄膜应用于切伦科夫光学表面剂量成像示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
图1为本发明碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测应用流程示意图，包括步骤S100～S400。
S100：通过磁力搅拌获得碳量子点溶液与UV固化胶的均匀混合溶液；
以透光均质塑料薄膜为基底，对混合溶液滴定-旋涂-紫外固化制备可适形的柔性碳量子点薄膜；碳量子点薄膜的制备以以下步骤进行：
(1)塑料薄膜基底的处理：塑料薄膜基底分别在去离子水、乙醇中超声清洗10min，干燥，得到处理后的基底；
(2)碳量子点薄膜的制备：通过磁力搅拌配合加热温度控制系统进行充分均匀混合，加热温度为30℃；取碳量子点溶液与UV固化胶的混合液均匀涂布于步骤一处理后的基底上，进一步进行旋涂操作，旋涂速度为500 5000r/min，旋涂时间为10～100s；经紫外光波段为365-400nm，10mW/cm2光通量的40秒紫外光固化处理后获得厚度为222±5μm的均匀碳量子点薄膜。
S200：在光子、电子放射治疗过程中，将吸收光谱波段为300-400nm，发射峰为450nm碳点薄膜覆盖在患者皮肤表面，在光子治疗条件下，依据光子产生的次级带电粒子与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射特定波长荧光；在电子治疗条件下，依据电子与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射特定波长荧光。
S300：结合CCD光子探测器，在不同环境光条件下实现剂量递送过程中表面光强分布图像的快速高质量获取。其中，在CCD元件与镜头间封装带通滤光片，带通滤光片的透过波段450±20nm与碳量子点发射波段相匹配；
图像获取过程中的环境光是由波长500nm以上的窄波段LED灯提供的，与碳量子点的发射波段分隔开，从而降低环境光对图像质量的影响。所述的不同波段LED灯包括565-575nm黄绿光、580-595nm黄光、600-610橙光以及615-650nm红光LED灯中的一种或多种。
S400：基于等效数字体模，结合TPS计划设置的射束条件，利用蒙特卡罗工具包Geant4计算得到射野浅表1cm内的光学光子分布与剂量沉积分布，从而获取从光写光子光强到剂量沉积的转换系数；
将探测获取的覆盖碳量子点薄膜后获取的光强分布依据转换系数得到放射治疗剂量分布，并与所述剂量沉积结果进行对比，分析此次治疗效果与预期效果的差异度。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于，包括：
通过磁力搅拌获得碳量子点溶液与UV固化胶的均匀混合溶液；
以透光均质塑料薄膜为基底，对混合溶液滴定-旋涂-紫外固化制备可适形的柔性碳量子点薄膜；
在光子、电子放射治疗过程中，将碳点薄膜覆盖在患者皮肤表面，通过射线与组织相互作用发射的切伦科夫光子激发碳点薄膜发射荧光；
结合CCD光子探测器，在不同环境光条件下实现剂量递送过程中表面光强分布图像的快速高质量获取；以及
依据光学光子与剂量沉积之间的定量关系，最终得到放射治疗剂量分布。
2.根据权利要求1所述一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于：塑料薄膜基底在使用前需要进行超声洗涤与干燥。
3.根据权利要求2所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于：洗涤过程具体为：将塑料基底分别在去离子水、乙醇中超声清洗10min。
4.根据权利要求1所述一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于：碳量子点溶液与UV固化胶液的混合方法为：通过磁力搅拌配合加热温度控制系统进行充分均匀混合，所述加热温度为30℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于：所述旋涂速度为500-5000r/min，旋涂时间为10～100s。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于，所述的紫外固化中，紫外光波段为365-400nm，光通量为10mW/cm2，固化时间为40秒。
7.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于，所述的碳量子点薄膜吸收光谱波段为300-400nm，发射峰为450nm。
8.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于，在CCD元件与镜头间封装带通滤光片。
9.根据权利要求8所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于，带通滤光片的透过波段450±20nm与碳量子点发射波段相匹配。
10.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于，
固化处理后获得的碳量子点薄膜，厚度为222μm，均匀度差异小于5μm。
11.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点薄膜的切伦科夫剂量监测方法，其特征在于，环境光由波长500nm以上的窄波段LED灯提供。
CN202210400047.1A 2022-04-15 2022-04-15 一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用 Active CN114949630B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210400047.1A CN114949630B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210400047.1A CN114949630B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114949630A CN114949630A (zh) 2022-08-30
CN114949630B true CN114949630B (zh) 2023-07-21

Family

ID=82976629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210400047.1A Active CN114949630B (zh) 2022-04-15 2022-04-15 一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114949630B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116832345B (zh) * 2023-07-04 2024-02-06 迈胜医疗设备有限公司 电子设备、放射治疗系统及相关装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999008130A1 (fr) * 1997-08-11 1999-02-18 Bio - Scan S.A. Procede et dispositif d'imagerie radiographique utilisant des faisceaux de rayons gammas et rayons x
FR2822239A1 (fr) * 2001-03-15 2002-09-20 Centre Nat Rech Scient Procede de mesure de dose d'irradiation
CN109893778A (zh) * 2019-03-15 2019-06-18 南京航空航天大学 一种粒子放射治疗射束实时监测方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3003270A1 (en) * 2015-10-26 2017-05-04 Immunolight, Llc Methods for radiotherapy to trigger light activation drugs
US11607454B2 (en) * 2016-05-20 2023-03-21 University Health Network Devices and processes for Cherenkov-activated nuclear-targeted photodynamic therapy
CN107837161A (zh) * 2017-09-19 2018-03-27 深圳市特斯拉科技实业有限公司 量子能场保健装置
US20200179520A1 (en) * 2018-11-28 2020-06-11 Washington University Compositions and methods for targeted treatment and imaging of cancer or tumors
US20220257982A1 (en) * 2019-07-15 2022-08-18 The Trustees Of Dartmouth College X-ray ct calibration for quantitative correction of cherenkov light emission in radiation dose imaging
CN110471098B (zh) * 2019-08-27 2022-10-25 广东医科大学 基于碳量子点荧光生物传感器的氡辐射剂量检测方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999008130A1 (fr) * 1997-08-11 1999-02-18 Bio - Scan S.A. Procede et dispositif d'imagerie radiographique utilisant des faisceaux de rayons gammas et rayons x
FR2822239A1 (fr) * 2001-03-15 2002-09-20 Centre Nat Rech Scient Procede de mesure de dose d'irradiation
CN109893778A (zh) * 2019-03-15 2019-06-18 南京航空航天大学 一种粒子放射治疗射束实时监测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114949630A (zh) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Profio et al. Dosimetry considerations in phototherapy
US9750958B2 (en) Dosimetric scintillating screen detector for charged particle radiotherapy quality assurance
US9958402B2 (en) Dosimetric scintillating screen detector for charged particle radiotherapy quality assurance (QA)
CN114949630B (zh) 一种碳量子点薄膜制备方法及其在切伦科夫剂量监测中的应用
CN105664379B (zh) 一种光动力联合放射治疗的深部肿瘤治疗系统
US20190210886A1 (en) Lanthanide-doped fluoride nanocomposites, production method and applications
Gaza et al. A fiber-dosimetry method based on OSL from Al2O3: C for radiotherapy applications
US11207545B2 (en) Mask for radiation dosimetry
CN108474860A (zh) 辐射剂量计
CN109147049B (zh) 用于x射线光动力治疗的影像重建方法
Hirata et al. Correction of quenching effect of a small size OSL dosimeter using Eu: BaFBr and Ce: CaF2
Flühs et al. The design and the dosimetry of bi‐nuclide radioactive ophthalmic applicators
Woulfe et al. Characterisation of radioluminesence based optical fibre dosimeter in radiotherapy beam applications
Matsufuji Miniature spherical silicon diode as a dosimeter during carbon-ion beam therapy
US11300690B2 (en) Determination of radiation dosimetry
Ko et al. Effect of Gold Nanoparticles on Dose Enhancement in Brachytherapy Using a Polymer Gel Dosimeter
Rossi et al. Dosimetric characterization of GafChromic EBT3 films in Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) radiotherapy treatments
Yekta et al. In vivo dosimetry using radiochromic films (EBT-2) during intraoperative radiotherapy
Verma et al. Poster
RU2483678C1 (ru) Устройство для люминесцентной диагностики новообразований
Jean et al. External beam irradiation angle measurement using a hybrid Cerenkov-scintillation detector
Banaee et al. EP-1911: Evaluating the effect of Zinc Oxide nanoparticles doped with Gadolinium on dose enhancement factor
US20220088405A1 (en) System and method for determining light attenuation at optical members inserted in tissue
Giaz et al. A 16-sensor prototype for brachytherapy in vivo dosimetry characterization.
Jin et al. New Dosimetry Materials, Devices, and Systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Geng Changran

Inventor after: Tang Xiaobin

Inventor after: Di Xing

Inventor after: Zhang Yifeng

Inventor after: Dai Dongrui

Inventor after: Pan Wenyu

Inventor before: Zhang Yifeng

Inventor before: Dai Dongrui

Inventor before: Geng Changran

Inventor before: Di Xing

Inventor before: Pan Wenyu

Inventor before: Tang Xiaobin

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant