用于检测X射线穿透组织后放射量的可植入的集成化装置

技术领域

本发明涉及生物医学工程中的可植入检测技术，特别涉及用于检测X射线穿透组织后放射量的可植入技术。

背景技术

在医学、工业和研究领域，测量X射线辐射量的技术和方法扮演着至关重要的角色，其应用不仅局限于监测和控制X射线辐射的剂量，更涵盖了确保人体和环境安全的重要责任。在医学领域，X射线广泛应用于医学成像技术，如X射线放射照相、计算机断层扫描(CT扫描)和放射治疗等领域。为了防范患者和医疗专业人员受到过量辐射的危害，准确测量X射线剂量的方法显得尤为关键。

以现有的X射线杀肿瘤手术为例，目前是通过术前测量肿瘤大小，然后估算需要的X射线的剂量，给源头X射线设置一个强度值。但是在杀肿瘤的过程中，癌细胞是变化的其周围的血氧含量也不一样，这些都会影响所需的源头X射线的强度。

实时确定肿瘤部位的剂量输送和吸收是一项充满挑战的任务。当前的挑战之一在于现有方法难以全面而精准地评估治疗位点的放射治疗量。尽管体内临床试验中涌现出一些可摄入的传感器，能够在肠道肿瘤中进行生化指标的原位监测，但其主要受限于电池设备的使用，这可能增加传感器的毒性，使其在植入组织或吞咽到胃部后不适用，不利于长期留存在体内。另外，可吞咽的胶囊剂量计在摄取后要准确识别胶囊的位置和姿态，需要依赖超声或计算机断层扫描进行监测，而位置一旦偏离，调整起来相当困难。此外，胶囊很难在预期的靶点位置稳固，容易随着肠道蠕动而发生位置偏离，并存在在治疗期间被排出体外的可能性。

因此，在发展新一代的体内传感器时，需要综合考虑能源供应、毒性问题以及在人体内的长期留存等因素，以期为放射治疗靶点提供更为可靠和创新的监测手段。

发明内容

本发明提供一种能实时反馈的可植入的集成化装置来和外界交互，能实时查看到植入部位的X射线剂量，从而为实时调整源头X射线剂量提供支持。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，用于检测X射线穿透组织后放射量的可植入的集成化装置，包括生物相容性透明外壳、无线通信模块和控制电路、X射线剂量计、闪烁体和X射线能量转换器；无线通信模块和控制电路、X射线剂量计、闪烁体和X射线能量转换器封装在生物相容性透明外壳中；

闪烁体为被X射线激发后发光，且发光强度与X射线的剂量率呈线性相关的纳米晶体光纤闪烁体；

X射线能量转换器用于接收辐射的X射线并将能量转换为光电流，发送至无线通信模块和控制电路中存储起来为X射线剂量计与无线通信模块和控制电路供电；

X射线剂量计用于获取闪烁体的发光强度并将发光强度值发送至无线通信模块和控制电路；

无线通信模块和控制电路用于将接收到的发光强度值通过无线通信方式发出，接收来自X射线能量转换器的光电流并存储。

具体的，无线通信模块和控制电路包括无线通信模块、功率管理模块、储能模块和微控制器，X射线能量转换器通过功率管理模块与储能模块相连，储能模块通过功率管理模块分别与X射线剂量计、无线通信模块和控制电路相连，蓝牙模块与微控制器相连，X射线剂量计通过微控制器与蓝牙模块相连。

具体的，X射线剂量计为RGB颜色传感器。

具体的，按照从上到下的顺序，将无线通信模块和控制电路、X射线剂量计、闪烁体和X射线能量转换器设计为片状依次分层封装在生物相容性透明外壳中。

本发明的有益效果是：

1.能在植入装置的位置实时精准测量X射线辐射剂量，替代传统的口服式的剂量计，在医学、工业和研究领域中具有重要作用，特别是在放射治疗中。需要更好的实时监测方法来确保疗效和安全性，实现成本更低。

2.自供电传感器：目前可用的传感器通常需要外部电池供电，这在一些情况下可能会限制其应用。本发明采用X射线能量转换器，在接收X射线照射时蓄能为装置内的用电模块提供能量，实现自供电，能消除电池毒性等相关的问题。

附图说明

图1系统分解设计图；

图2系统整体示意图；

图3电路系统框架图；

图4封装后闪烁体发光透过率；

图5剂量传感器与闪烁体距离为0cm；

图6剂量传感器与闪烁体距离为6cm；

图7剂量传感器与闪烁体距离为0cm,X-ray穿透3cm猪肉组织。

具体实施方式

监测X射线辐射可提高癌症靶向部位放疗的准确性。实施例将本发明X射线剂量检测的集成化装置应用于用于癌症位点靶向剂量测量，用于实时监测绝对吸收辐射剂量变化。

集成化装置所示包括一个生物相容性透明壳1和6、无线通信模块和控制电路2、X射线剂量计3、闪烁体4和X射线能量转换器5；按照从上到下的顺序，无线通信模块和控制电路2、X射线剂量计3、闪烁体4和X射线能量转换器5设计为片状被依次分层封装在生物相容性透明外壳中，如图1所示；

生物相容性透明壳的上半部分1和下半部分6，材质为聚二甲基硅氧烷PDMS，具有着高透光率，用于封装整个药片系统。

无线通信模块和控制电路2，用于处理检测到的X射线剂量率并与外界通信，实时读取数据。

X射线剂量计3，用于实时分析读取闪烁体的发光强度。

闪烁体4采用镧系元素掺杂的持久性纳米晶体光纤闪烁体，其发光强度和X射线的剂量率呈线性相关。实施例采用NaLuF

X射线能量转换器5，用于将辐射到药片系统的X射线能量转换为光电流被存储起来用于系统能量供应。

集成化装置如药片大小，尺寸为直径1.3cm厚度1cm，称之为药片系统7，如图2所示。无线通信模块和控制电路包括蓝牙模块、功率管理模块、储能模块和微控制器，X射线能量转换器通过功率管理模块与储能模块相连，储能模块通过功率管理模块分别与X射线剂量计、蓝牙模块和微控制器相连，微控制器与蓝牙模块和X射线剂量计相连。功率管理模块和微控制器用于配合X射线能量转换器，用于系统的能量供应和数据交互。X射线剂量计为RGB颜色传感器。

在X射线照射下，NaLuF

蓝牙模块实时将RGB颜色传感器闪烁体的发光强度值(RGB数值)通过蓝牙传输将其传送到体外接收终端上供查看。体外接收终端可以是手机或其他处理设备。

闪烁体由透明硅胶封装，验证了其透光度，如图4所示，350nm-1100nm范围内显示出良好的透光度，约为95％。测量了系统组装完成后对于X射线剂量检测效果，测量了闪烁体距离剂量传感器为0cm时的RGB强度，如图5所示。当距离增加时，强度发生一定的衰减，如图6所示。图7证实了当X-ray穿透3cm的猪肉组织时，药片仍旧能灵敏的探测到X-ray，并检测出RGB强度。