医疗和牙科

科学家3D印刷新的和改善乳腺癌治疗放射治疗天线

研究人员北卡罗来纳州立大学已经利用3D打印技术开发出更舒适的辐射接收天线,供癌症患者在微波乳房热疗过程中佩戴。

与主流放射治疗设备相比,该团队的新型柔性接收器体积更小,可以打印成患者特定的几何形状,从而减少治疗过程中的不适。通过调整天线的填充水平,科学家们还发现他们能够调整其介电常数,通过电磁模拟器优化其性能以适应不同的暴露水平。

科学家的3D印刷放射治疗天线图。通过国际跨学科研究杂志的形象。
科学家的3D打印放射治疗天线示意图。通过国际跨学科研究杂志的形象。

让放疗更美味

微波乳房热疗是一种癌症治疗,其中受影响的组织局部暴露于高聚焦的电磁辐射束,通过热消融损害恶性细胞。虽然该手术是无创伤的,但目前它需要使用重型天线,这使得本就令人不快的治疗对患者来说更不舒服。

在过去,已经进行了重大的研究,以可穿戴替代品,但这些主要被限制在手工制作的纺织品或笨重的水冷器件。然而,在过去几年中,科学家们越来越多地采用了3D印刷来更快地生产天线,这夸耀了灵活性,因此患者舒适于许多传统设计。

类似地,在他们之前的研究中,北卡罗来纳州的研究小组发现,他们可以通过提高棉花天线的孔隙率来提高其天线增益。现在更进一步,研究人员假设,可以进一步操纵接收器的填充,使它们不仅舒适,而且具有优化的加热性能和抗癌功效。

科学家测试程序的示意图。通过国际跨学科研究杂志的形象。
科学家测试程序的示意图。通过国际跨学科研究杂志的形象。

捏造辐射接收器

鉴于调整天线的介电性质对于优化其性能至关重要,科学家们设定了建立它们对其填充水平的影响。为了完成这一点,团队使用了Luzbot.TAZ 6 FDM 3D打印机生产三种不同的基于TPU的设备,其特色的40%,70%和100%的变化百分比。

研究人员的天线由一个安装在介电基板上的导电贴片组成,其顶层有一个3mm厚的TPU,以防止它们直接接触患者的皮肤。在使用过程中,该设备的贴片理论上能够将微波辐射传递到天然半球状乳腺组织的中心,将癌细胞加热到39-45°C,使其失去活性。

为了测试他们的新型放射治疗设备的有效性,北卡罗来纳州的科学家们将它们连接到一个实验室制造的半径为50毫米的“乳房幻影”上,并对它们进行广泛的电磁模拟。有趣的是,研究小组发现,将天线的填充率从100%降低到43.6%,其介电常数就从2.36降低到1.59,而且这种关系是可预测的,而且是线性的。

成像显示球队人工'乳房幻影内的辐射模拟吸收率。通过国际跨学科研究杂志
成像显示了该团队的人造“乳房幻影”中辐射的模拟吸收率。图片来自《国际跨学科研究杂志》

此外,70%和100%体积设备的共振频率为2.30 GHz, 5-7mm深度组织的辐射吸收率为35-60 W/kg,完全符合推荐的8-83 W/kg低温应用。然而,每个天线对深度超过15mm的组织都无效,并且40%填充的原型不能足够稳定地保持其半球形状。

结果,研究人员得出结论,他们已经成功地计算出了他们的放射治疗接收器的介电常数和固体体积百分比之间的线性关系,但他们没有在体外应用,如果他们要在体外应用,他们将仅限于治疗乳房的浅表区域。

科学家们在论文中说:“乳房幻觉是同质的,并没有精确地模仿人体的实际生物物理表现。”“在真实女性的乳房中有无数成分,它们都会影响加热效果。因此,为了进一步研究,考虑一个更现实的幻影是必不可少的。”

3D打印乳腺癌治疗方法

无论是能够增加组织保留的3D打印聚合物指南,还是针对患者的生物打印植入物,研究人员继续寻找新的方法来帮助乳腺癌幸存者康复。韩国的临床医生Asan Medical Center.例如,该公司已经将扫描和3D打印结合起来进行创作可定制的手术指南,可以改善乳房切除术患者的预后。

在其他地方,以色列3D生物打印公司抱怨已经成型乳房组织再生植入物自从2019年以来,公司认为,在将来,其基于胶原蛋白的移植物可以为患者提供更安全的替代方案,以更传统的永久性乳房植入方法。

同样,3D打印支架开发人员Bellaseno.已同意达成协议evonik以RESOMER聚合物作为iso认证的基础森菌乳房植入物。最终,该公司的目标是通过制造能够被人体安全吸收的植入物,改进乳房重建、隆胸和翻修手术的程序。

研究人员的调查结果在题为“可穿戴乳房热疗的3D印刷热塑性聚氨酯,由向井佑介、李思贤和徐明永合著。

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特色图片显示科学家的3D印刷放射疗法天线的图表。通过国际跨学科研究杂志的形象。

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