一种¹²⁵I粒子照射细胞实验的装置的制作方法

专利名称：一种¹²⁵I粒子照射细胞实验的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生物医学器械。具体而言，本实用新型涉及一种用于125I粒子照射细胞实验的装置。
背景技术：
放射线治疗是治疗各种恶性肿瘤的重要方法之一，包括远距离和近距离治疗。远距离治疗即外照射，人们对它的临床应用、治疗效果以及缺陷等已经较为熟悉；近距离放疗指应用放射性同位素技术在距肿瘤组织5cm的范围内甚至在肿瘤组织内进行治疗。在近距离放射治疗中，放射性核素125I应用比较广泛，其剂量率较低，作用时间长，可使治疗比增加；放射源距肿瘤近，且无屏蔽，局部治疗剂量高，而使正常组织的损伤明显减少；持续照射对DNA双链断裂破坏更完全，可明显增加肿瘤细胞的杀伤作用。125I组织间近距离治疗放射治疗最早出现于1965年，在国外已将125I封焊于钛金属壳内，制成约0. 8X5_的“籽源”(seed)，直接植入到肿瘤组织局部。目前临床以密封型放射性125I粒子较为常用，其单个粒子活度为0. 3 1. 0mCi，可永久植入组织无须取出。由于125I籽源具有在组织局部的剂量较高、周围组织剂量陡降等生物物理学特性，更适合于组织间放疗，是肿瘤治疗发展的方向之一。125I粒子半衰期为59. 6d，发射的Y射线能量为27 35keVt31，对铅的半价值厚度是0. 025mm，在组织中有效半径大约17 20mm，在距离粒子中心超过5cm后，剂量率已经小于1cm处的1 %，因此，125I粒子植入使肿瘤局部受到的照射剂量较高，而周围的正常组织剂量较低，可减少射线对正常组织的副作用，易于防护，与组织间的相互作用主要为光电效应。125I粒子释放低剂量的Y射线，Y射线可使DNA分子链单链断裂，双链断裂；同时产生自由基，引起肿瘤损伤；所释放低剂量的Y射线，又可使肿瘤细胞氧增比减少(即射线杀伤肿瘤细胞对氧的依赖性减少)，进而部分克服了肿瘤的乏氧细胞的放射抗拒性，乏氧细胞比例减少，不断消耗肿瘤干细胞使肿瘤细胞死亡。放射性粒子植入组织近距离照射治疗肿瘤是一种非常重要的治疗手段，属于内照射中近距离治疗的内容之一。其主要优势如下一是局部照射可增加肿瘤与正常组织的剂量分配比；二是由于治疗时间持续不断而使肿瘤细胞增殖进一步减少；三是由于剂量率的降低使氧增强比减少，即射线对肿瘤细胞杀伤时对氧的依赖性减少，进而部分克服了肿瘤乏氧细胞对放射的抗拒作用。对于永久性125I植入，Lazarescu GR等[I]认为有效治疗时间主要与肿瘤倍增时间有关，肿瘤倍增时间较小，无效剂量(有效治疗时间以后的剂量)将增大，假若肿瘤倍增时间为3d，无效剂量可达到最初给予剂量的41%。而L ing CC等[2]的研究显示，肿瘤倍增时间在5 30d时，125I的有效治疗时间由120d增至275d，而无效剂量由给予剂量的30%降至5%。从有效生物剂量和杀伤肿瘤细胞力角度考虑，125I对于细胞倍增时间较长的肿瘤疗效较好，尤其是倍增时间大于IOd者更佳。125I的半衰期为59. 4d，因其半衰期较长，保存时间相对较长，便于运输和临床应用。[0008]国外研究显示，125I籽源植入具有较高的治疗比，其相对生物学效应(RBE)高达2.1。单独125I籽源组织间植入已成为前列腺癌治疗的一种重要方法，有严格的适应症、规范的操作要求和标准的治疗剂量(145Gy)，而且有专门针对于 前列腺癌开发设计的治疗计划系统(Treatment Planning System, TPS)。研究显示，对于符合适应症的患者，根据治疗计划系统制定出治疗计划，进行籽源植入，其治疗效果显著，完全达到了手术根治性切除和外放射治疗的水平，更由于其副反应少、费用低，逐渐成为患者的首选治疗措施。同样，125I籽源组织间植入也可作为综合治疗的一种手段参与某些肿瘤的治疗，能够降低局部复发，延长生存率；甚至在外放疗复发时仍可采取125I籽源植入，对肿瘤组织进行增量(Boost)放疗。适宜粒子植入治疗的病种十分广泛，包括脑胶质瘤，脑转移瘤，脑膜瘤；鼻咽、眶内肿瘤，口咽癌，舌癌，口底癌，颊粘膜癌，颈部转移癌；肺癌，胸膜间皮瘤，乳腺癌；胰腺癌，胆管癌，肝癌；前列腺癌，妇科肿瘤。目前美国粒子植入的患者80%是前列腺癌，125I籽源在治疗其它肿瘤发面至今尚处试验研究阶段，不够成熟。由于我国前列腺癌的发病率远低于欧美，因此更多单位将此技术应用于其他晚期肿瘤的综合治疗，而且国外在125I籽源治疗其它肿瘤方面可供借鉴的成熟经验不多，故给予肿瘤多少治疗剂量和籽源在肿瘤组织内空间分布定位等问题还有待研究。针对上述问题，本实用新型提供了一种125I粒子照射细胞实验的装置，此装置可以应用于125I对杀伤肿瘤细胞的体外研究，为125I应用于其它各种肿瘤疾病的治疗提供实验支持；
发明内容由于125I籽源在治疗前列腺癌以外的其它肿瘤疾病技术不够成熟，本实用新型提供了一种125I粒子照射细胞实验的装置，此装置可以应用于肿瘤细胞体外放射实验，研究125I粒子的生物学效应，为125I籽源治疗除前列腺癌以外的肿瘤疾病提供各项参数如治疗剂量、籽源距肿瘤组织的距离。本实用新型公开了一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述实验装置包括防护罩、底座、平台、升降支架、传动轴和调节旋钮。本实用新型公开的一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述的防护罩具有通气孔，通气孔优选位于距防护罩顶部1/4和3/4处。通气孔中有含铅挡板，挡板材质为铅板或不低于0. 25mm铅当量的铅玻璃板，挡板在通气孔中上下交错分布，一方面阻挡装置内部放射源射线的外泄，另一方面可使气体通透，防止装置内培养的细胞因缺少气体而坏死。防护罩优选圆柱状，防护罩内径优选90 100mm。本实用新型公开的一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述的平台位于底座上，平台材质为塑料，优选聚苯乙烯。平台顶部有放置125I籽源的凹槽和供支架升降的升降孔。凹槽规格为4. 5mmX0. 8_，其分布如下1个位于平台中心，8个平均分布在以平台中心为圆心，直径为30mm的圆上，12个平均分布在以平台中心为圆心,直径为40mm的圆上。升降孔含有螺纹，通过螺纹与升降支架相连，升降孔分布在以平台中心为圆心，直径为30mm的圆内，升降孔优选4个。可以根据实验要求放置不同数目的125I籽源，从而满足匀场照射和非匀场照射的需要。本实用新型公开的一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述的升降支架材质为塑料，优选聚苯乙烯。升降支架分为螺纹部和齿轮部，通过螺纹部与升降孔相连，通过齿轮部与传动轴的齿轮部啮合。升降支架升降范围为O 20mm。本实用新型公开的一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述的传动轴分为螺纹部和齿轮部。螺纹部一端与齿轮部相连，另一端穿过底座侧壁与调节旋钮内侧螺纹相啮合。齿轮部包括长方体和分布在长方体两侧的轮齿组成，通过两侧轮齿与升降支架的齿轮部哨
入
口 o 本实用新型公开的一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述的底座底部由不低于0. 25mm铅当量的铅板或铅玻璃制备，底座上部有容纳升降支架齿轮部的凹槽和供传动轴移动的通道，底座直径优选100 160mm。本实用新型公开的一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述的调节旋钮内部有螺纹，通过螺纹与传动轴螺纹部相啮合，调节旋钮具有微调功能，调节精度为0. 02_。在使用时，根据实验需要确定辐射剂量，测得125I籽源的表观活度，最终确定实验所需照射距离，通过转动调节旋钮，旋钮内部的螺纹与传动轴螺纹啮合，从而牵弓I传动轴进出底座。传动轴的齿轮部与升降支架的齿轮部啮合，传动轴水平方向的移动，带动升降支架齿轮部转动，并将力传递到升降支架的螺纹部。升降支架的螺纹部通过与升降孔内的螺纹螺旋上升或下降，最终使升降支架上升或下降，从而达到通过转动旋钮调节升降支架的升与降。本实用新型利用TLD元件和RGD3B型热释光剂量仪测量了本装置周围的辐射剂量，发现本装置防护罩符合GB4792284放射卫生防护基本标准的要求，装置外侧辐射剂量安全，不会对周围环境造成污染 。本实用新型具备以下优势。I)本实用新型所述的装置有升降功能的支架，可以根据实验需要调节细胞与125I籽源之间的距离，调节范围为0 20mm，且由于调节旋钮具有微调功能，可以使升降高度更加准确。2)本实用新型所述装置的防护罩具有通气孔，能够使装置中的气体与外界通透，同时在通气孔中有挡板，防止装置内的射线外泄。3)本实用新型所述装置的平台具有数个放置125I籽源的凹槽，可以根据实验要求放置不同数目的125I籽源，从而满足匀场照射和非匀场照射的需要。4)本实用新型所述的装置具有可透视性，能够对罐体内部的培养皿进行肉眼观察。5)本实用新型所述的装置由于具有透气性且不会对周围环境造成射线污染，所以能够在多种细胞培养保温箱中使用，如电热恒温培养箱、恒温恒湿培养箱、生化培养箱、光照培养箱、人工气候箱、二氧化碳细胞培养箱。

图1 125I粒子照射细胞实验装置的整体示意图。图2 125I粒子照射细胞实验装置的纵切图，I为防护罩，11为通气孔，12为挡板，2为底座，3为平台，4为升降支架,5为传动轴,6为调节旋钮。图3升降支架整体示意图，41为螺纹部，42为齿轮部。图4升降支架纵切图，41为螺纹部，42为齿轮部。[0032]图5升降支架齿轮部横切图。rl和r2为半径。图6传动轴俯视图，51为螺纹部，52为齿轮部。 图7传动轴纵切图，51为螺纹部，52为齿轮部。图8平台俯视图，31为凹槽，32为升降孔。图9 125I粒子照射细胞实验装置外部辐射剂量检测位点分布图。图10调节旋钮正面图。通过参阅下述实施例可以更容易地了解本实用新型的内容，这些实施例只是为进一步说明本实用新型，并不意味着限定本实用新型的范围。实施例1 一种125I粒子照射细胞实验装置的制备一种125I粒子照射细胞实验的装置，所述实验装置包括防护罩、底座、平台、升降支架、传动轴和调节旋钮，
以下结合附图说明各部分的结构。依图3和图4所示升降支架4分为螺纹部41和齿轮部42，通过螺纹部41与升降孔32相啮合，通过齿轮部42与传动轴的齿轮部52啮合。螺纹部41直径为4mm，螺纹部41的高度故=25臟。齿轮部42的高度H2=25mm。依图5支架升降齿轮部42横切图所示1^=8111111，r2=9mm。升降支架材质为塑料,优选聚苯乙烯。依图6和图7所示传动轴分为螺纹部51和齿轮部52。螺纹部51 —端与齿轮部52相连，另一端穿过底座侧壁与调节旋钮内侧螺纹相啮合。螺纹部长度为80mm，直径为5mm。齿轮部52包括长方体和分布在长方体两侧的轮齿组成，通过两侧轮齿与升降支架的齿轮部42啮合。依图4 A所示，两侧轮齿之间的长方体厚度Hl=Imm,轮齿齿顶到长方体的垂直距离H2=l臟。依图8平台俯视图所示，平台顶部有放置125I籽源的凹槽31和供支架升降的升降孔32。凹槽规格为4. 5mmX0. 8mm，其分布如下1个位于平台中心，8个平均分布在以平台中心为圆心,直径为30mm的圆上，12个平均分布在以平台中心为圆心,直径为40mm的圆上。升降孔32含有螺纹，通过螺纹与升降支架螺纹部41相啮合，升降孔32分布在以平台中心为圆心，直径为40mm的圆内，升降孔优选4个。依图2装置纵切图所示，平台内直径Dl=150mm,平台厚度H3=5mm,平台高度Hl=45mm。平台材质为塑料,优选聚苯乙烯。依图2装置纵切图所示，防护罩I内直径D3=160mm，外直径D4=17(Tl80mm，防护罩I的高度H4=200mm。防护罩为不低于0. 25mm铅当量的铅玻璃制备，铅玻璃厚度为2. 5 5mm。防护罩I具有通气孔11，通气孔位于距防护罩顶部1/4和3/4处，通气孔11的直径为5_，长度为4_。通气孔11中有含铅挡板12,挡板为扇形,扇形挡板半径为3mm,扇形挡板优选4片，上下交错分布。挡板材质为铅板或不低于0. 25mm铅当量的铅玻璃板，铅玻璃板厚度为0. Smm0挡板12 —方面阻挡装置内部放射源射线的外泄，另一方面可使气体通透，防止装置内培养的细胞因缺少气体而坏死。依图2装置纵切图所示，底座2直径D2=180mm，高度H2=20mm，底座底部由不低于0. 25mm铅当量的铅板或铅玻璃制备，铅玻璃厚度为2. 5 5mm，底座直径优选180 200mm。依图10所示，调节旋钮6量程为20mm，微调准确度为0. 02mm,调节旋钮内部有螺纹,通过螺纹与传动轴螺纹部相啮合。在使用时，根据实验需要确定辐射剂量，测得125I籽源的表观活度，最终确定实验所需照射距离，通过转动调节旋钮，旋钮内部的螺纹与传动轴螺纹啮合，从而牵引传动轴进出底座。传动轴的齿轮部与升降支架的齿轮部啮合，传动轴水平方向的移动，带动升降支架齿轮部转动，并将力传递到升降支架的螺纹部。升降支架的螺纹部通过与升降孔内的螺纹螺旋上升或下降，最终使升降支架上升或下降，从而达到通过转动旋钮调节升降支架的升与降。实施例2 —种125I粒子照射细胞实验装置外部辐射剂量检测。1、材料。125I粒子6711型125I粒子，直径0. 8 mm，长4. 5 mm，镍钛合金壳(中国原子能科学研究院提供)，内芯为长3mm的银棒，银棒表面附有125I。本次实验时表面活度为3. 7XIO8Bq /粒，离散度5%，半衰期为59.4 d。热释光剂量元件(TLD):TLD-2000R型，I mmX ImmX Imm立方体,购于北京防化研究
所，离散度5%。Philips MGC320型X射线发生器上海市计量局购买。X-ray球管工作电压42KV，X射线能量为33keV，焦点范围1. 2^3. 5m，剂量率范围0. 124^1. 243mGy/min。实验时剂量率0.2 mGy/min。RGD3B型热释光剂量仪。2、方法。I)热释光剂量探测器刻度和剂量标定。分析TLD-2000R型TLD元件接受33KeV X射线源如下剂量的照射1. 0，2. 5，5，10，20，30mGy。照射后，稳定4h，用RGD3B型热释光剂量仪测量读数，测量条件为高压650v，M2量程测量。测量结果输入Excel软件，分析TLD-2000R型TLD元件接受33KeV X射线源的照射剂量与RGD3B型热释光剂量仪的测量读数之间的关系，绘制并拟合读数一照射剂量转换曲线，用于实施例中 125I籽源照射剂量的转换。2) 125I籽源剂量率的理论计算根据文献推荐的单粒1251籽源在水介质中剂量率计算公式，计算籽源所处空间内的某一点P Cr, 9)所受到的照射剂量率。计算公式如下D(0) =AX1. 27 X A Xg (r) XF(r 0 )/r2 公式 I公式I中，A为125I籽源表面活度(mci) ;r为测量点至籽源中心的距离(cm) ;A为125I籽源的剂量率常数，对于某一种特定1251籽源，剂量率常数是固定的；g w为径向剂量函数，代表介质中沿籽源横轴的吸收和散射效应；F(r 0)为各向异性常数，对于某种特定125I 籽源，其数值也是固定的。Dw 为剂量率(cGy / h)。Dm= D(q)*T1/2*1.443*[1- e_T*0.693/n/2]，D(T)为一段时间内总辐射剂量，e为自然常数。计算时，各参数值采用1999年美国NIST校正后的数值进行。3)实验装置外部剂量率的测量TLD-2000R型TLD元件准确性检测分别在距125I籽源5cm、10cm、50cm处放置TLD-2000R型TLD元件，照射I小时后，用RGD3B型热释光剂量仪测量读数，根据上述拟合的转换曲线，将仪器读数转换为照射剂量，此值为测量值。根据公式I计算上述各处的照射剂量，此值为理论值。理论值与测量值之间差异在10%范围内，则认为测量方法能够准确可靠的反映125I籽源剂量率分布的实际情况。测量位置的确定在实验装置外部选取A-G 7个监测点检测剂量率，A点为紧邻底部通气孔外侧；B点为紧邻通上部气孔外侧；C点为平台上125I籽源平面与铅玻璃外罩的交界处;D点为平台125I籽源中心粒与C点延长线上，且距C点5cm ；E点为平台125I籽源中心粒与C点延长线上，且距C点IOcm ；F点为平台125I籽源中心粒与C点延长线上，且距C点50cm ；G点为平台125I籽源中心粒与C点延长线上，且距C点100cm，测量点分布区见图9。检测将TLD-2000R型TLD元件放置在上述7个位置上，照射I小时后，用RGD3B型热释光剂量仪测量读数，根据上述拟合的转换曲线，将仪器读数转换为照射剂量。3、实验装置外部辐射剂量检测结果。TLD-2000R型TLD元件准确性检测结果显示上述准确性检测设置的各点，其实际测量值与理论值相差在5%以内，说明此实施例所使用的TLD-2000R型TLD元件及方法能够准确无误反映125I籽源剂量率分布的实际情况。利用TLD-2000R型TLD元件，按照上述实施例方法，检测实验装置外部辐射剂量，上述7处辐射剂量结果见表1:表I实验装置外部各点辐射剂量率
权利要求1.ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的装置包括防护罩、底座、平台、升降支架、传动轴和调节旋钮。
2.根据权利要求1所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的防护罩具有通气孔，通气孔位于距防护罩顶部1/4和3/4处。
3.根据权利要求2所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的通气孔含有挡板，挡板在通气孔中上下交错分布，挡板材料为铅板或铅玻璃。
4.根据权利要求1所述的125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的平台位于底座上，平台顶部有放置放射源凹槽和供升降支架升降的升降孔，平台的材质为聚苯こ烯。
5.根据权利要求4所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的凹槽其在平台顶部分布如下I个位于平台中心，8个平均分布在以平台中心为圆心，直径为30mm的圆上，12个平均分布在以平台中心为圆心,直径为40mm的圆上。
6.根据权利要求4所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的升降孔含有螺纹。
7.根据权利要求1或4中任一项所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的升降支架分为螺纹部和齿轮部，通过螺纹部与升降孔螺纹啮合，通过齿轮部与传动轴的齿轮部啮合，升降支架材质为塑料。
8.根据权利要求1或4中任一项所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的传动轴分为螺纹部和齿轮部，螺纹部一端与齿轮部相连，另一端穿过底座侧壁与调节旋钮内侧螺纹相啮合，齿轮部包括长方体和分布在长方体两侧的轮齿组成，通过两侧轮齿与升降支架的齿轮部啮合。
9.根据权利要求8所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的齿轮部包括夹层和分布在夹层两侧的轮齿组成，通过两侧轮齿与升降支架的齿轮部啮合。
10.根据权利要求1或4中任一项所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的底座其底部由不低于0. 25mm铅当量的铅板或铅玻璃制备。
11.根据权利要求1或4中任一项所述的ー种125I粒子照射细胞实验的装置，其特征在于，所述的调节旋钮内部有螺纹，通过螺纹与传动轴螺纹部相啮合，调节旋钮具有微调功能，调节精度为0. 02mm。
专利摘要本实用新型提供了一种125I粒子照射细胞实验的装置，此装置可以应用于相关肿瘤疾病体外细胞辐射实验，研究125I粒子的生物学效应。此装置具有升降支架，可以根据实验需要调节照射距离。本实用新型的装置由于具有透气性且不会对周围环境造成射线污染，所以能够在多种细胞培养保温箱中使用，如电热恒温培养箱、恒温恒湿培养箱、生化培养箱、光照培养箱、人工气候箱、二氧化碳细胞培养箱。
文档编号C12M1/42GK202865237SQ201220441309

公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月2日 优先权日2012年9月2日
发明者杨祚璋, 袁涛, 孙洪瀑, 徐磊 申请人:云南省肿瘤医院