一种细胞辐照实验装置的制作方法

本发明用于放射生物实验装置技术领域，特别是涉及一种细胞辐照实验装置。

背景技术：

癌症是严重危害人类生命与健康的常见多发病。放射治疗连同手术和化疗是目前癌症治疗的三大常规手段，在现有的癌症患者治疗中，超过70％的患者需要进行不同程度的放射治疗。放射生物学细胞实验是肿瘤放射治疗和放射防护的重要基础和保证，为开展肿瘤放射治疗提供科学严谨的实验数据。

目前大多医学中心不具备实验专用x射线机及钴60等放射源，实验多采用医用直线加速器。在肿瘤细胞辐照过程中，通常采用理论计算数据进行治疗计划的设定给予肿瘤细胞一定的生物有效剂量，但肿瘤细胞的相对生物效应受其辐照环境的影响，容易造成差异。在放射线照射肿瘤细胞过程中，医用直线加速器通常采用扩大的放射野进行照射，不能使同一射野内产生不均匀的照射剂量分布，难以模拟肿瘤适形与调强放射治疗。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种细胞辐照实验装置，其能够使同一射野内产生不均匀的线束强度分布，模拟肿瘤适形与调强放射治疗，达到同一细胞照射剂量的非均一性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种细胞辐照实验装置，包括细胞培养器和剂量控制组件，所述细胞培养器位于所述剂量控制组件的下方，所述剂量控制组件包括第一剂量控制组件和第二剂量控制组件，所述第一剂量控制组件和第二剂量控制组件均包括多个剂量控制单元，所述剂量控制单元包括驱动结构和遮挡结构，所述第一剂量控制组件的所述遮挡结构和第二剂量控制组件的所述遮挡结构均沿第一方向分布，所述驱动结构能够驱动所述遮挡结构沿第二方向伸出或缩回，使得所述剂量控制组件能够沿上下方向完全错开或完全遮蔽或部分遮蔽所述细胞培养器。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，所述第一剂量控制组件和第二剂量控制组件均包括上层剂量控制组件和下层剂量控制组件，所述上层剂量控制组件的所述遮挡结构与所述下层剂量控制组件的所述遮挡结构错开分布。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括放置箱，所述遮蔽结构包括栅体，所述驱动结构包括电机和控制器，所述控制器与所述电机电连接，所述电机的输出端设有螺纹轴，所述螺纹轴的端部套设有螺纹套，所述螺纹套与所述栅体连接，所述放置箱包括第一放置箱和第二放置箱，所述第一剂量控制组件的所述驱动结构放置于所述第一放置箱中，所述第二剂量控制组件的所述驱动结构放置于所述第二放置箱中。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括散射吸收装置，所述散射吸收装置包括组织等效固体水膜体或虚拟水室模体，所述组织等效固体水膜体由组织等效固体水制造，所述虚拟水室模体具有内腔，所述内腔中设有水。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括连接装置，所述连接装置的顶部设有凹槽，所述细胞培养器嵌入所述凹槽中，所述连接装置于所述凹槽的两侧设有第一导向结构，所述第一放置箱和第二放置箱的底部均设有与所述第一导向结构配合的第二导向结构，所述连接装置的底部设有第三导向结构，所述散射吸收装置的顶部设有与所述第三导向结构配合的第四导向结构。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括剂量测试组件，所述剂量测量组件位于所述细胞培养器的顶部和/或底部，所述剂量测试组件用于检测照射剂量。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括连接件，所述细胞培养器的底部具有底板和固定框架，所述底板和固定框架之间设有密封垫，所述底板、密封垫和固定框架上均设有多个通孔，所述细胞培养器的底部设有与所述通孔相对应的连接孔，所述连接件依次穿过所述固定框架、密封垫和底板的所述通孔，并伸入所述连接孔中。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括气体交换装置，所述细胞培养器具有相连通的空腔和操作口，所述操作口处设有密封塞，所述细胞培养器设有均与所述空腔导通的进气口和出气口，所述进气口和出气口均与所述气体交换装置对应连接，所述进气口和出气口处均设有疏水性微孔滤膜。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括培养液灌注装置，所述细胞培养器设有均与所述空腔导通的进水口和出水口，所述进水口和出水口均与所述培养液灌注装置对应连接，所述进水口和出水口处均设有亲水性微孔滤膜。

结合上述实现方式，在本发明的某些实现方式中，还包括温控装置，所述温控装置包括温度传感器、温度调节探针和温度控制器，所述温度传感器的一端和温度调节探针的一端均伸入所述空腔中，所述温度传感器的另一端和温度调节探针的另一端均与所述温度控制器连接，所述细胞培养器的侧面上均设有保温涂层。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：当对细胞进行辐照实验时，实验人员根据模拟肿瘤适形与调强放射治疗所需的照射剂量分布要求，通过驱动结构驱动相对应的遮挡结构伸出或缩回，使得遮挡结构遮挡或避开辐照射线，达到同一射野内产生不均匀的射线剂量分布的目的。该技术方案的细胞辐照实验装置通过调节遮挡结构遮挡放射线的位置，满足模拟肿瘤适形与调强放射治疗的要求，使同一射野内产生不均匀的线束强度分布，达到同一细胞照射剂量的非均一性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是图1所示一个实施例的细胞培养器的结构示意图；

图3是图1所示一个实施例的俯视图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明的实施例提供了一种细胞辐照实验装置，包括细胞培养器1和剂量控制组件，剂量控制组件用于模拟肿瘤适形与调强放射治疗，细胞培养器1用于营造细胞生存环境。细胞培养器1位于剂量控制组件的下方，剂量控制组件包括第一剂量控制组件21和第二剂量控制组件22，第一剂量控制组件21和第二剂量控制组件22分布在细胞培养器1的上方的两侧，参见图1和图3。第一剂量控制组件21和第二剂量控制组件22均包括多个剂量控制单元，剂量控制单元包括驱动结构和遮挡结构23，第一剂量控制组件21的遮挡结构23和第二剂量控制组件22的遮挡结构23均沿第一方向y分布，驱动结构能够驱动遮挡结构23沿第二方向x伸出或缩回，使得剂量控制组件能够沿上下方向完全错开或完全遮蔽或部分遮蔽细胞培养器1。实验人员根据模拟肿瘤适形与强调放射治疗的照射剂量分布要求，当放射线从剂量控制组件的上方往下照射时，通过调节遮挡结构23的遮挡位置，来设置放射线所照射的细胞的位置，达到同一肿瘤细胞照射剂量的非均一性，以满足不同实验设计方案的要求。优选的，第一剂量控制组件21和第二剂量控制组件22对称分布在照射野中心的两侧，方便进行辐照实验。

当对细胞进行辐照实验时，实验人员根据模拟肿瘤适形与调强放射治疗所需的照射剂量分布要求，通过驱动结构驱动相对应的遮挡结构23伸出或缩回，使得遮挡结构23遮挡或避开辐照射线，达到同一射野内产生不均匀的射线剂量分布的目的。该技术方案的细胞辐照实验装置通过调节遮挡结构23遮挡放射线的位置，满足模拟肿瘤适形与调强放射治疗的要求，使同一射野内产生不均匀的线束强度分布，达到同一细胞照射剂量的非均一性。

为方便相邻两个遮挡结构23能够伸出或缩回，相邻两个遮挡结构23之间具有间隙。参见图1，在一些实施例中，第一剂量控制组件21和第二剂量控制组件22均包括上层剂量控制组件和下层剂量控制组件，上层剂量控制组件的遮挡结构23与下层剂量控制组件的遮挡结构23错开分布，即上层剂量控制组件的遮挡结构23位于下层剂量控制组件的相邻两个遮挡结构23之间的间隙的上方，可通过同侧的上层剂量控制组件和下层剂量控制组件的配合使用达到将细胞完全遮蔽或部分打开的目的。可以理解的是，上层剂量控制组件的相邻两个遮挡结构23之间的间隙可控制在0.1mm至1mm之间，上层剂量控制组件的遮挡结构23与下层剂量控制组件的遮挡结构23之间的间隙可控制在0.1mm至2mm之间。其中，第一剂量控制组件21和第二剂量控制组件22还可根据实验的精度需求设置3层以上的剂量控制组件。

参见图1和图3，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括放置箱，遮蔽结构包括栅体，驱动结构包括电机和控制器，控制器与电机电连接，电机的输出端设有螺纹轴，螺纹轴的端部套设有螺纹套，螺纹套与栅体连接，最终通过电机的运转带动栅体移动，即沿第二方向x伸出或缩回。放置箱包括第一放置箱24和第二放置箱25，第一剂量控制组件21的驱动结构放置于第一放置箱24中，第二剂量控制组件22的驱动结构放置于第二放置箱25中，可节约空间，有利于优化空间布局，方便安装与拆卸。可以理解的是，栅体可采用如铅或铅玻璃等防辐射材料制造，电机可采用步进电机或伺服电机进行驱动，可满足栅体移动位置的精度要求。

放射线照射到细胞培养器1后，会有部分放射线通过细胞培养器1散射到外部。参见图1，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括散射吸收装置3，散射吸收装置3包括组织等效固体水膜体或虚拟水室模体，组织等效固体水膜体由组织等效固体水制造，虚拟水室模体具有内腔，内腔中设有水，组织等效固体水膜体或虚拟水室模体均能够吸收射线散射剂量，最大限度地降低了射线散射。

参见图1，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括连接装置4，连接装置4的顶部设有凹槽，细胞培养器1嵌入凹槽中，以将细胞培养器1固定。可以理解的是，连接装置4可采用组织等效固体水材质制造，凹槽中设有组织等效胶体，组织等效胶体材料具有优良的可塑性和变形性能，能够紧密贴合细胞培养器1，可确保细胞培养器1安装的稳固性。其中，由于细胞培养器1与连接装置4的可拆卸性，可将细胞培养器1直接放置于显微镜载物台上，配合显微镜软件以及显微操作器具，可以实现辐照前和辐照后的多点比对观测，对肿瘤细胞生物学特征进行实时跟踪测定与显微操作。

参见图1，连接装置4于凹槽的两侧设有第一导向结构41，第一放置箱24和第二放置箱25的底部均设有与第一导向结构41配合的第二导向结构42，可实现连接装置4与第一放置箱24、第二放置箱25的滑动连接。连接装置4的底部设有第三导向结构43，散射吸收装置3的顶部设有与第三导向结构43配合的第四导向结构44，可实现连接装置4和散射吸收装置3的滑动连接。

可以理解的是，第一导向结构41和第二导向结构42之间、第三导向结构43和第四导向结构44之间可采用如导轨和滑槽的配合方式，也可采用如导轨和导向轮的配合方式等。其中，导轨或滑槽上可设有用于限制滑动行程的限位结构，保证连接装置4和散射吸收装置3之间、连接装置4与放置箱之间滑动连接的安全性，防止脱落。

参见图1和图3，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括剂量测试组件5，剂量测量组件位于细胞培养器1的顶部和/或底部，剂量测试组件5用于检测照射剂量，更进一步地，剂量测量组件应分布在辐照范围的中心和边缘，可对不同位置的表面入射量进行监测，从而为处于不同位置的肿瘤细胞进行相对生物学效应测量提供准确的物理剂量数据。可以理解的是，剂量测试组件5可采用如热释光剂量片、电离室、剂量学胶片、剂量探测器和多通道剂量仪中的一个或多个。其中，剂量测试组件5的测量点不少于5个，剂量测试组件5可采用对角线排布、错位排布或同位排布的方式进行排布。

参见图2，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括连接件11，细胞培养器1的底部具有底板12和固定框架13，底板12和固定框架13之间设有密封垫14，底板12、密封垫14和固定框架13上均设有多个通孔，细胞培养器1的底部设有与通孔相对应的连接孔，连接件11依次穿过固定框架13、密封垫14和底板12的通孔，并伸入连接孔中，可提高细胞培养器1的稳固性和密封性，避免底板12脱落以及细菌进入细胞培养器1而导致污染。同时，通过连接件11的可拆卸性，方便清洗和处理细胞培养器1，并可对其进行高温灭菌消毒，避免病原微生物对培养细胞污染，利于长期反复使用；通过连接件11的可调节性，方便对细胞培养器1进行水平微调，保证细胞培养器1的稳固性和照射实验的精确性。

参见图1、图2和图3，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括气体交换装置，细胞培养器1具有相连通的空腔15和操作口16，空腔15用于培养细胞，操作口16用于实验人员进行如放置或提取细胞等实验操作。操作口16处设有密封塞，可避免细菌由操作口16进入细胞培养器1而导致细胞受污染。细胞培养器1设有均与空腔15导通的进气口17和出气口18，进气口17和出气口18均与气体交换装置对应连接，可为细胞提供满足其生长实验所需的空气。进气口17和出气口18处均设有疏水性微孔滤膜，适用于空气过滤，可滤过微生物，避免细胞受污染，保证细胞的培养环境。可以理解的是，细胞培养器1的顶板和底板12均可采用实验用玻片，既可用于培养细胞，又可满足透光的要求；细胞培养器1的侧板可采用组织等效固体材质，可用于吸收射线的散射剂量。

参见图2，在一些实施例中，细胞培养器1的顶部和/或底板12上设有区域标识线19，方便划分和辨识不同区域的细胞，方便实验操作。其中，区域标识线19可采用如十字线、矩形、圆形等其中一个或多个，具体可根据实验需求进行设置。当栅体位置全部缩回并归零时，照射野中心与细胞培养器1表面的十字线中心重合。位置校准后，按辐照实验要求来调节栅体的位置，生成细胞辐照照射区域，提高实验的可操作性和准确性。

参见图1和图3，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括培养液灌注装置，细胞培养器1设有均与空腔15导通的进水口20和出水口26，进水口20和出水口26均与培养液灌注装置对应连接，培养液灌注装置为细胞提供营养，满足其生长需求。进水口20和出水口26处均设有亲水性微孔滤膜，适用于溶液过滤，可滤过微生物，避免细胞受污染，保证细胞的培养环境。可以理解的是，细胞辐照实验开始前，可通过恒流泵将培养液灌注装置中的培养液泵至细胞培养器1中，在培养细胞的上方形成一定深度的水层，可解决电子平衡的问题，克服放射线的建成效应。此外，通过将细胞培养器1中的空腔15全部灌满培养液时，可解决因液体表面张力作用而导致的细胞培养器1的中心处和边缘处实际照射深度的毫米级差异，实现同一照射深度的均一性，降低实验误差，提高多个实验的可对比性。

参见图1和图3，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括温控装置，温控装置包括温度传感器61、温度调节探针62和温度控制器，温度传感器61的一端和温度调节探针62的一端均伸入空腔15中，温度传感器61的另一端和温度调节探针62的另一端均与温度控制器连接，通过温度传感器61和温度调节探针62的设置，可起到监控和调节细胞培养器1的温度的作用。细胞培养器1的侧面上均设有保温涂层，可对细胞培养器1进行保温，确保细胞培养器1内部的恒温性，提高实验的准确性。

参见图1和图2，在一些实施例中，细胞辐照实验装置还包括湿度传感器63，湿度传感器63伸入空腔15中，能够反馈湿度数据，方便实验人员掌控实验数据。

参见图1至图3，在一些实施例中，细胞培养器1的相对的两侧边上设有提手7，利于细胞培养器1搬运过程中的平衡性，方便转移。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。