自從人類開始探索放射線的世界以來,膠狀劑量計就一直在這個過程中扮演著重要的角色。尤其是Fricke膠狀劑量計,其歷史更是充滿了科學變革和技術創新的故事。從最早的研究到現代的應用,Fricke膠狀劑量計如何影響了放射性醫學和治療的進展?
Gel dosimeters, also called Fricke gel dosimeters, are manufactured from radiation sensitive chemicals that, upon irradiation with ionising radiation, undergo a fundamental change in their properties as a function of the absorbed radiation dose.
早在1950年,科學家就開始利用顏料在膠狀物質中的輻射誘導顏色變化來測量輻射劑量。而到了1957年,研究者利用分光光度法探討了在琼脂膠中對光子和電子的深度劑量。隨著時間的推移,Gore等人在1984年基於1940年代發展的Fricke劑量測定溶液,展示了利用核磁共振(NMR)測量輻射影響如何成為一個可能的方案。
Fricke dosimeters generally consist of two types; Fricke and polymer gel dosimeters and are usually evaluated or 'read-out' using magnetic resonance imaging (MRI), optical computer tomography (CT), x-ray CT or ultrasound.
Fricke膠狀劑量計的工作原理是通過輻射改變化學劑量測定溶液中的二價鐵(Fe2+)離子,將其轉化為三價鐵(Fe3+)離子,並利用NMR的松弛時間來量化這些變化。然而,這些劑量計在理論與實際應用中存在著不足之處,例如輻射後離子的擴散會影響劑量的穩定性。
隨著對聚合膠狀劑量計的探索,科學界在1954年開始提出這一概念。早期的研究集中於聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)如何受輻射影響,1961年,Boni使用聚丙烯酰胺開展伽馬劑量測定的實驗。這種標準的聚合胺基膠在1992年被Maryanski改進,形成了BANANA配方,並隨後受到廣泛的應用。
This system was given the acronym BANANA due to the use of the chemical components (bis, acrylamide, nitrous oxide and agarose).
但與Fricke膠相同,聚合膠劑量計也面臨著挑戰。它們對氣氛中氧的敏感性需要在無氧環境中製造,因此在臨床應用上遇到障礙。在1996年所提出的GEL納米技術,則使得科學家們開始重視改進劑量計的抗氧化性,進而發展出一種新的產品——MAGIC膠。
A significant development in the field of gel dosimetry occurred when results of using an alternative polymer gel dosimeter formulation were published by Fong et al in 2001.
這一新型塑料膠劑量計能夠結合大氣中的氧,避免了以往的氧抑制問題,並允許在實驗室的工作台上進行製造。這一發現標誌著向臨床應用的重大進步,並引起了眾多研究者的關注和跟進。
自1999年以來,國際上涉及膠狀劑量計的系列會議——DosGel和IC3DDose的歷史,更是見證了這一技術的持續發展。在這些會議上,來自不同領域的專家交流使用3D輻射劑量測定技術在癌症治療中的應用,探討各種從基礎科學到臨床應用的最新研究成果。
The aim of the first workshop was to bring together individuals, both researchers and users, with an interest in the application of 3-dimensional radiation dosimetry techniques in the treatment of cancer.
隨著時間的推進,對於高精度輻射治療的需求日益增加,而膠狀劑量計的發展恰好可以應對這一挑戰。不過,儘管取得了很多進展,理論上所期待的臨床實用性仍然需要不斷反思和提升。
Fricke膠狀劑量計的歷史不僅是科學發展的縮影,更是技術與臨床實踐交融的結果。在這一過程中,我們是否能夠充分認識到這一技術在未來癌症治療中所可能發揮的重要角色呢?