下肢仿生体模的研发及其在全身放射治疗(TBI)剂量验证与优化中的应用研究

为解决全身放射治疗(TBI)中缺乏经济实用的下肢剂量验证体模问题，研究人员通过3D打印技术开发模块化下肢仿生体模，结合商用躯干体模实现全身剂量评估。该体模可模拟直腿/弯曲体位，集成电离室与胶片插槽，验证静态野技术剂量偏差<±10%，并为调强扫描束技术提供可行性分析，为TBI精准治疗提供新型质量保证工具。

　　

在白血病患者的骨髓移植预处理中，全身放射治疗(TBI)联合化疗是标准方案，但传统技术面临两大挑战：一是缺乏能模拟真实解剖结构的全身剂量验证工具，尤其是下肢部位；二是现代调强技术如扫描束照射(SB)的剂量学验证需求迫切。目前商用体模价格昂贵且功能局限，迫使多数机构使用简单几何体模进行验证，这可能导致剂量偏差超出临床要求的±10%范围。

为突破这一瓶颈，研究人员开发了一种经济高效的模块化下肢仿生体模。该体模通过创新性地结合3D打印技术与组织等效材料，实现了骨骼(石膏涂层)、骨髓(75%凡士林+25% K₂HPO₄)和软组织(2%琼脂糖+1.5%卡拉胶)的精准模拟。体模包含足部、小腿、膝关节、大腿和髋部五大模块，其中膝髋关节设计直腿/弯曲双体位变体，并集成4个电离室测量点与胶片插槽。与商用Alderson ART躯干体模组合后，可通过"图像拼接"技术获取全身CT影像，为TBI计划优化提供完整解剖模型。

关键技术包括：1）基于VDI 2221标准的四阶段开发流程（规划-概念-设计-验证）；2）FDM工艺3D打印中空骨骼与外壳结构；3）组织等效材料配方优化与长期稳定性测试；4）扩展源皮距(SSD)下的剂量测量技术，结合电离室与EBT3胶片校准。

研究结果显示：CT值测试表明，软组织(35±15 HU)与骨髓(160±90 HU)模拟材料在制造14个月后仍保持稳定。静态野技术验证中，髋部电离室测量值2.05±0.04 Gy与处方剂量2 Gy吻合良好，各部位胶片测量偏差均<±15%。对于创新的扫描束技术，尽管治疗计划系统(TPS)尚未完成扩展SSD校准，但剂量分布相对偏差分析显示，肺剂量可降低20-30%，全身剂量均匀性达±10%。

该研究首次实现可连接商用躯干体模的经济型下肢仿生系统，其模块化设计支持TBI、全骨髓照射(TMI)等多种全身放疗技术的质量保证。通过精确模拟不同体位与集成多模态剂量检测，解决了传统验证体模在肢体剂量评估中的盲区问题。未来通过改进材料密封性（减少琼脂糖脱水）和完成TPS扩展SSD校准，将进一步推动调强TBI技术的临床转化。研究成果发表于《Physica Medica》，为全球范围内开展TBI剂量学审计奠定了硬件基础。