高灵敏度X射线CT聚合物凝胶剂量计的开发与表征：PASSAG-N优化及其临床可行性研究

本研究针对传统聚合物凝胶剂量计(PGDs)在临床3D剂量测定中灵敏度低且依赖磁共振成像(MRI)的局限性，通过优化PASSAG（聚AMPS钠盐与明胶）凝胶配方，引入n-丙醇作为共溶剂，显著提升X射线CT成像的剂量响应。研究开发的PASSAG-N剂量计在1-12 Gy剂量范围内呈现线性响应（灵敏度1.072±0.041 HU Gy-1），剂量分辨率≤0.31 Gy，且理论计算证实其与水体、软组织及脑组织的等效性。该成果为复杂放疗计划提供了高灵敏度、低毒性且易于临床推广的3D剂量测定方案。

　　

在21世纪，随着调强放疗(IMRT)、容积旋转调强放疗(VMAT)等精准放疗技术的发展，临床对剂量验证工具的精度要求日益提高。然而，传统剂量计在小野照射中存在体积平均效应、组织非等效性等问题，而现有聚合物凝胶剂量计(PGDs)虽能提供三维剂量分布，却受限于低灵敏度或依赖稀缺的MRI设备。更棘手的是，多数高灵敏度PGDs（如PAG、MAGAT）存在毒性高、剂量率依赖性等缺陷。如何开发一种兼具高灵敏度、低毒性且适配常规CT成像的PGD，成为放疗质控领域的关键挑战。

针对这一难题，西澳大利亚大学物理、数学与计算学院（University of Western Australia）联合查尔斯·盖尔德纳爵士医院医学技术与物理部的Jonathon Lexor Lumley团队，通过系统性优化PASSAG凝胶配方，成功开发出适用于X射线CT成像的高性能剂量计PASSAG-N。研究成果发表于《Physical and Engineering Sciences in Medicine》，为临床提供了一种灵敏度提升250%、且与人体组织高度等效的新型剂量测定工具。

研究采用多学科交叉技术方法：1）通过重力法测定双丙烯酰胺(BIS)在不同共溶剂中的溶解度极限；2）利用6 MV直线加速器在标准水模中完成凝胶辐照；3）采用140 kV/300 mAs的CT扫描参数获取剂量响应数据；4）基于ICRU报告46计算凝胶的有效原子序数(Z_eff)和电子密度(N_e)以验证组织等效性。

关键研究结果

1. 配方优化：n-丙醇作为共溶剂时，BIS溶解度达7.06% w/w（3:7溶剂比），使PASSAG-N总单体浓度提升至18.3%。相较于无共溶剂配方，其HU变化在高/低剂量区分别增加163.1%和250%。

2. 剂量学性能：PASSAG-N在1-12 Gy范围内呈线性响应，灵敏度达1.072 HU Gy^-1，优于PAG（1.3倍）、NIPAM（3.7倍）等常见PGDs。剂量分辨率≤0.31 Gy，满足立体定向放射外科等精准放疗需求。

3. 组织等效性：理论计算显示，PASSAG-N的Z_eff、N_e与软组织差异<1.59%，密度（1.043 g/cm³）接近脑组织（差异1.09%）。辐照后密度仅增加1.15%，保持临床适用性。

研究意义
该工作通过化学优化与物理验证相结合，解决了PGDs在CT成像中灵敏度不足的核心问题。PASSAG-N的低毒性（AMPS钠盐替代丙烯酰胺）与高灵敏度特性，使其成为首个兼具临床安全性与成像效率的CT兼容PGD。未来若通过大体积剂量计验证，将推动三维剂量验证在放疗质控中的常规应用，尤其适用于立体定向放疗等复杂计划的剂量分布验证。研究还开创性地证明共溶剂策略可突破传统PGDs的溶解度限制，为后续新型剂量计开发提供了方法论参考。