Lung mimicking two-phase 3D dosimeters to use in radiotherapy
Dwufazowe dozymetry 3D imitujące płuca do zastosowania w radioterapii
Project type: Research and development
Keywords: Dozymetr dwufazowy dozymetr 3D dozymetr polimerowy dozymetr radiochromowy radioterapia imitacja tkanki płucnej Pluronic F-127
Keywords (english): Two-phase dosimeter 3D dosimeter polymer dosimeter radiochromic dosimeter radiotherapy lung mimic Pluronic F-127
Consortium members: Project was not implemented as part of a consortium
Project implementation period: 16/10/2020 - 15/10/2021
Funding institution: Narodowe Centrum Nauki
Program name: MINIATURA
Project manager: Malwina Jaszczak-Kuligowska
Funding value: 49 951,00 PLN
Total project value: 49 951,00 PLN
Projekt dotyczył tematyki dozymetrii trójwymiarowej do wykorzystania w radioterapii, która jest przedmiotem badań kilku zespołów na świecie. Według literatury, jedynie żelowe dozymetry trójwymiarowe mogą zapewnić odpowiednio wysoką rozdzielczość pomiaru na etapie weryfikacji planu leczenia pacjentów metodą radioterapii, ponieważ pozwalają na pomiar rozkładu dawki w przestrzeni trójwymiarowej, w przeciwieństwie do powszechnie stosowanych dozymetrów jedno- i dwuwymiarowych, mierzących rozkład dawki odpowiednio w punkcie lub płaszczyźnie. Dotychczas opracowano kilka bazowych układów chemicznych, które dają obiecujące wyniki, wskazujące na możliwość zastosowania ich w ośrodkach radioterapii do weryfikacji rozkładu dawki, jako alternatywy stosowanych obecnie dozymetrów. Są to dozymetry żelowe imitujące tkankę miękką. Celem niniejszego projektu było natomiast wytworzenie dozymetrów dwufazowych imitujących płuca i składających się z części imitującej tkankę łączną (połowa dozymetru w postaci jednorodnego żelu) oraz części imitującej pęcherzyki płucne (druga połowa w postaci żelowej piany). Projekt został zrealizowany w dwóch założonych etapach. W pierwszej kolejności wytworzono dozymetry o mniejszej gęstości, w postaci żelowej piany, imitujące pęcherzyki płucne, bez użycia dodatkowych środków powierzchniowo-czynnych, opierając się jedynie na innowacyjnej matrycy z Pluronic-u F-127. Drugi etap polegał z kolei na wytworzeniu dozymetru dwufazowego, odzwierciedlającego budowę płuc, zawierającego część imitującą tkankę miękką (łączną) i część imitującą pęcherzyki płucne (połowa dozymetru w postaci jednorodnego żelu, a druga połowa w postaci żelowej piany). Efekty realizacji działania naukowego to przede wszystkim (i) opracowanie procedury wytwarzania dozymetrów polimerowych oraz radiochromowych w formie piany, będących imitacją pęcherzyków płucnych, (2) opracowanie procedury wytwarzania układów dwufazowych odzwierciedlających budowę płuc, zawierających część imitującą tkankę miękką (łączną) i część imitującą pęcherzyki płucne, (3) opracowanie nowych dozymetrów radiochromowych (KI-Pluronic oraz Fricke-XO-Pluronic) do zastosowania jako układy dwufazowe imitujące płuca oraz modyfikacja składu dozymetru PAGAT2-Pluronic, (4) wybór sposobu wytwarzania dozymetrów dwufazowych - na bazie jednego, wybranego dozymetru polimerowego lub radiochromowego, (5) wyselekcjonowanie układów dozymetrycznych do dalszych badań oraz do rozwiązania zaistniałych problemów, które dotyczą przede wszystkim optymalizacji składu chemicznego dozymetrów w celu poprawy ich stabilności oraz modyfikacji warunków wytwarzania układów dwufazowych, a także (6) opublikowanie trzech artykułów naukowych w czasopismach z listy Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
The project concerned the subject of three-dimensional dosimetry for use in radiotherapy, which is the subject of research by several teams around the world. According to the literature, only three-dimensional gel dosimeters can provide a sufficiently high resolution of measurement at the stage of verification of patients' treatment plan by radiotherapy, because they allow the measurement of the dose distribution in three-dimensional space, in contrast to the commonly used one- and two-dimensional dosimeters, measuring the dose distribution at the point or point respectively. So far, several basic chemical systems have been developed that show promising results, indicating the possibility of their use in radiotherapy centers for dose distribution verification as an alternative to the currently used dosimeters. These are gel dosimeters that imitate soft tissue. The aim of this project was to create two-phase dosimeters imitating lungs and consisting of a part imitating connective tissue (half of the dosimeter in the form of a homogeneous gel) and a part imitating alveoli (the other half in the form of gel foam). The project was implemented in two assumed stages. First, less dense dosimeters were produced in the form of gel foam, imitating alveoli, without the use of additional surfactants, relying solely on the innovative Pluronic F-127 matrix. The second stage consisted in the production of a two-phase dosimeter reflecting the structure of the lungs, containing a part imitating soft (connective) tissue and a part imitating alveoli (half of the dosimeter in the form of a homogeneous gel, and the other half in the form of a gel foam). The effects of the scientific activity include (i) the development of a procedure for the production of polymer and radiochromic dosimeters in the form of foam, which imitate alveoli, (2) the development of a procedure for the production of two-phase systems reflecting the structure of the lungs, containing a part imitating soft (connective) tissue and a part imitating alveoli, (3) development of new radiochromic dosimeters (KI-Pluronic and Fricke-XO-Pluronic) to be used as two-phase systems imitating lungs and modification of the composition of the PAGAT2-Pluronic dosimeter, (4) selection of the method of producing two-phase dosimeters - based on one selected dosimeter polymer or radiochromic systems, (5) selection of dosimetric systems for further research and solving existing problems, which mainly concern the optimization of the chemical composition of dosimeters in order to improve their stability and modification of the conditions for the production of two-phase systems, and (6) the publication of three scientific articles in journals from the list of the Ministry of Science and Higher Education.
Go back