一种基于水凝胶的放疗系统的制作方法

本发明涉及水凝胶，尤其涉及一种基于水凝胶的放疗系统。

背景技术：

1、放射治疗(简称放疗)的治疗原理是高能离子射线(如x射线和γ射线)直接与细胞dna相互作用，引起dna损伤，或间接与水分子反应生成自由基物种(如超氧自由基、单线态氧、过氧化氢、羟基自由基等)，破坏dna或其他细胞成分，诱导细胞凋亡和坏死。但是，放疗在杀死肿瘤细胞的同时不可避免地会损伤健康细胞。放疗是治疗前列腺癌的重要手段，但放疗往往会危及周围其他器官或组织，造成其他器官或组织的损伤，尤以直肠为甚。为了降低对周围组织和器官的伤害，放疗过程中往往会降低射线剂量，导致无法有效杀死癌细胞。由于前列腺和直肠靠的比较近，放疗治疗前列腺癌时通常会造成直肠损伤，增加放疗性直肠炎风险。因此将直肠与前列腺隔开，变得很有必要，可注射水凝胶以其优越的三维多孔性、高含水量性、不定型性、组织粘附性、生物可降解性、良好的生物相容性得到了广泛的关注。

2、cn113461973a公开了一种可注射型的医用水凝胶，由醛基封端的星形多臂聚乙二醇、聚乙烯亚胺和酰肼基封端的多臂聚乙二醇交联而成，所述醛基封端的星形多臂聚乙二醇的臂数为2～8，单臂分子量1000～5000da，能够应用于放疗垫片、血管栓塞、术后组织密封与防渗漏、防组织黏连、组织填充剂、组织修复、皮肤敷料和药物释放等领域。该凝胶能够用于注射降解，但难以格挡射线，保护组织和器官。

3、cn113230269a公开了一种放疗防护剂及其制备方法和应用，将明胶基水凝胶和硫化氢供体gyy4137在室温下混合，搅拌得到明胶，在使用时，明胶@硫化氢供体复合物经过口服后可以到达胃肠道，在酸性的胃部降解明胶并释放h2s，能够降低胃肠道在放疗时受到的损伤，明胶@硫化氢供体复合物能够用作口服型放疗防护剂进行放疗后胃肠道炎症和出血性肠胃炎的防护，给临床上放疗的防护提供了新思路和新方法。该凝胶用于服用或注射后释放保护气体以对胃肠道进行保护，但在宫颈癌等部位并不适用。内源性h2s被认为是继no、co后的体内第三种信号分子，具有舒缓胃肠平滑肌的作用，能够抑制人、大鼠及小鼠的离体结肠和空肠收缩，在胃肠平滑肌的运动和胃肠黏膜的保护中发挥着重要的作用。h2s能够缓解胃肠道在受到辐射伤害后的损伤，减轻患者患上放疗性胃肠炎症的几率，但难以从根源避免放疗射线对胃肠道细胞的损坏。

4、cn111569277a公开了一种放疗靶区隔离体及其应用方法，放疗靶区隔离体包括隔离层和可选的缓吸收隔膜及填充腔，隔离层为可吸收材料的固体或半固体结构，用于包裹在靶区外部以将靶区与正常组织隔离开预设距离。应用方法，包括以下步骤：对放疗靶区隔离体进行预成型；将放疗靶区隔离体植入预设部位；将放疗靶区隔离体固定在预设部位。待放疗结束后，随着患者的恢复，隔离层会逐渐被患者吸收，无需再取出，而不需要二次手术。但该隔离体的结构形状需要实现制成，并且需要有创手术将隔离体先放入到相应器官位置处，患者存在感染和恢复风险；并且由于不同患者的器官大小和形状的差异，隔离体与患者的器官和组织的结合效果难以预期，影响吸收效果。

5、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、针对现有技术之不足，本发明公开了一种基于水凝胶的放疗系统，其特征在于，所述系统包括：第一采集端，用于采集患者需放疗部位的病变组织的轮廓和体积；第二采集端，用于采集患者病变组织生物学特征；数据处理模块，基于所述第一采集端和第二采集端采集到的患者病变组织数据确立包括病变区域、裕量区域以及保护区域，其中，所述保护区域注入所述水凝胶以隔绝病变组织和危及器官，基于所述病变区域、裕量区域和患者病变组织的个体差异确立放疗剂量、放疗原位和放疗范围并于所述放疗范围作计量分布以使得所述放疗剂量的偏差在第一阈值内。

2、根据一种优选实施方式，在患者未进行放疗过程的情况下，所述数据处理模块基于未注入水凝胶时患者的病变组织和危及器官距离，对所述病变区域、裕量区域以及保护区域进行调节以在保护患者危及器官的基础上限定当前水凝胶的注入。在患者进行若干次放疗过程的情况下，所述数据处理模块基于若干次所述水凝胶注入的不同剂量、不同范围以及不同位置，对所述病变区域、裕量区域以及保护区域进行调节以适应当前患者的生理特征。

3、根据一种优选实施方式，在对患者的病变组织和危及器官之间的位置执行注射步骤时，基于所述数据处理模块确立的所述病变区域、裕量区域以及保护区域调控注入水凝胶的剂量、范围以及位置，其中，由于所述水凝胶的注入剂量、范围和位置受到操作人员的控制，不可避免会产生偏差，所述数据处理模块基于注入水凝胶后的保护区域的变化调整患者在放疗过程中的放疗剂量、放疗原位和放疗范围以在危及器官不受到放射性损伤的基础上，开展患者的放疗过程。

4、根据一种优选实施方式，所述水凝胶不同的组成和用量决定其不同功能，进而影响其用于放疗的递送途径，其中，所述递送途径至少包括：基于所述病变组织的保护区域直接注入；基于所述病变组织的所述等线携带放疗药物于所述放疗原位进行释放。

5、根据一种优选实施方式，所述水凝胶在机体生理环境下能够降解成对机体无损害的小分子物质，以借助于机体的新陈代谢进行完全吸收和/或排泄。

6、根据一种优选实施方式，所述病变组织的轮廓和体积是指患者病变组织的物理特性，所述患者病变组织生物学特征至少包括病变组织代谢增值、凋亡以及细胞周期。所述第一采集端基于计算机断层扫描和/或伦琴射线和/或磁共振成像确立物理概念上的病变组织的轮廓和体积并形成病变区域，所述第二采集端基于单光子发射计算机断层成像和/或正电子发射断层扫描和/或磁共振波谱确立生物概念上的病变组织生物学特征并形成裕量区域。

7、根据一种优选实施方式，所述病变区域处于所述裕量区域内部并且向外依次为病变区域、裕量区域和保护区域，其中，基于所述保护区域内的患者病变组织与危及器官的隔开距离对所述水凝胶进行相应第一组分和/或第二组分和/或缓冲液的用量的选择以及所述水凝胶注入位置的选择以将所述隔开距离达到安全隔开距离，所述安全隔开距离对应于患者病变组织的差异。所述第一组分和/或第二组分选自聚乙二醇衍生物、聚乳酸、plga、记忆材料中的一种或多种，所述记忆材料优选为记忆海绵。

8、根据一种优选实施方式，基于所述病变区域对所述裕量区域进行适形调整且以未覆盖所述危及器官的方式始终将所述病变区域包裹，其中，所述适形调整是指所述裕量区域的轮廓符合所述病变区域的轮廓，所述裕量区域内过射线中心轴平面上放疗剂量相同的放疗原位与所述病变区域内过射线中心轴平面上放疗剂量相同的放疗原位相同并且处于同一空间位置。所述放疗原位是指：在对患者进行放疗过程的情况下，所述裕量区域内的放疗剂量有至少一个最高点，所述最高点基于患者病变组织的不同同时存在若干放疗剂量相同的放疗原位，若干所述放疗原位连线组合为等线，所述数据处理模块将所述等线作为放疗范围上限，以使所述放疗范围的轮廓和体积与所述裕量区域符合。

9、根据一种优选实施方式，所述放疗范围对所述放疗剂量作计量分布以使得所述放疗剂量的偏差在第一阈值内，同时剂量分布大于等于第二阈值，其中，所述放疗剂量偏差表征为所述放疗剂量变化梯度。所述放疗剂量基于患者皮表以及人体内部机能差异将其限制于第三阈值内，其中，所述放疗剂量大于第三阈值的在所述裕量区域内的体积小于第四阈值，处于所述裕量区域外的所述放疗剂量均小于第三阈值。

10、本发明放疗术前用可注射水凝胶具有填充、阻隔直肠与前列腺接触、增加直肠与前列腺距离、可注射、可降解的作用。在放疗术前用导管输送入腹腔内，并在腹腔内形成水凝胶，阻隔直肠与前列腺接触，增大直肠与前列腺距离，防止放疗治疗前列腺癌时损伤直肠，间接增大放疗时靶区剂量，并在术后三个月内降解，避免了二次创面的损伤。因此本发明对该放疗术前用可注射水凝胶的制备方法，以及在放疗术前的应用也进行保护。水凝胶具有可注射性和快速成胶性，在第一组分与第二组分溶液混合后可在水环境下较短时间内成胶，用于阻隔放疗时的射线。

11、本发明具有如下有益技术效果：

12、(1)本发明通过对病变组织的各类物理、生理特征分析，即对病变组织的轮廓和体积，对病变组织的代谢增值、凋亡、细胞周期以及放射性差异确定治疗靶区，使得治疗靶区范围符合病变组织实际范围，并且符合患者呼吸或体内运动造成病变组织移动的移动范围，以提高患者放疗质量；

13、(2)本发明通过第一采集端、第二采集端和数据处理模块的协调配合确定放疗计划，从而精准基于放疗范围足够的放疗剂量来达到最大限度灭杀癌细胞的效果，同时最大限度减少周围危及器官的损伤，以此达到双重目的：防止出现放疗范围过大和/或放疗剂量过高，导致癌细胞被灭杀，危及器官也受到损伤，从而导致患者出现多种严重并发症的情况；同时也防止出现放疗范围过小和/或放疗剂量过低，导致危及器官被保护，但是癌细胞未被灭杀，患者放疗失败，癌症复发；

14、(3)通过患者在未进行放疗过程的情况下和进行若干次放疗过程的情况下，对病变区域、裕量区域以及保护区域进行调节以限定注入水凝胶的剂量、范围以及位置，由于上一次放疗导致患者病变组织的生理特征发生相应改变，下一次放疗所注入的水凝胶需要进行相应的改变以在保护患者危及器官的基础上，对患者病变组织的放疗剂量达到最佳作用效果，从而最大限度灭杀患者体内癌细胞；

15、(4)通过对患者病变组件在物理层面上和生物层面上的协同勾画，以完善患者的放疗计划，提高放疗质量，尽可能确立精准治疗范围，并且物理和生物的结合能够更高效地灭杀癌细胞，保护危及器官，提高判断精准性和定位准确性；

16、(5)通过水凝胶的不同用量隔绝出不同距离，并且该距离符合患者病变组织与危及器官需要隔开的距离。例如，若患者需隔绝前列腺和直肠，在前列腺和直肠间隙中注入水凝胶以减少支撑高剂量照射，注入适量水凝胶以产生平均间隔达到大于5mm的隔离区域，从而减少放疗过程对直肠的损伤；

17、(6)裕量区域保障了患者不因放疗过程中的病变组织误动造成患者体内的癌细胞未彻底灭杀，导致放疗后的残留或复发。在患者放疗过程中乃至放疗术前，需要考虑患者呼吸、体内器官的正常运动以及多次放疗后病变组织位置的改变，因为体内的病变组织存在偏移位置的可能。裕量区域通过患者的生理特征尽可能将病变组织移动范围纳入其中，以使得进行放疗时，始终对病变组织进行照射；

18、(7)本发明通过设立放疗原位等线，以等线的划分反应放射性在体内离轴方向的放疗剂量变化，并作为治疗靶区的范围，使得治疗靶区符合裕量区域形状和大小，从而提高放疗质量；

19、(8)本发明采用n arms-琥珀酰亚胺戊二酸酯聚乙二醇(其中，n≥4)与m arms-氨基聚乙二醇(其中，m≥4)发生迈克尔加成反应形成水凝胶。聚乙二醇是一种水溶性聚醚型高分子化合物，广泛用于医药、卫生、食品、化工等领域。聚乙二醇具有很多优点，如低毒性、不凝血性以及良好的生物相容性，因而能被机体迅速排出体外而不产生任何毒副作用。聚乙二醇和其他分子偶合时，其许多优良性质也会随之转移到结合物中；

20、(9)本发明提供的一种可注射水凝胶，无需开刀，可直接注射到病变组织表面，并迅速成胶，并在放疗术后三个月内完全降解，无需开刀，能减轻患者的疼痛及开刀造成的损伤，控制少量出血，降低感染风险。