精密放射線療法のためのカスタマイズ可能な固定マスクのモデリングと評価

科学分野:

• 材料科学;生体医工学;放射線療法物理学

背景:

• 正確な患者固定は、正確な線量分布と健康な組織への照射を最小限に抑えるための頭頸部（H&N）放射線療法において非常に重要です。;従来の熱可塑性マスクには、不完全な表面再現、機械的強度不足、患者の不快感、ワークフローの非効率性などの限界があります。;パーソナライズされたCTまたはMRIスキャンにより、より正確で患者固有の固定マスクを作成できます。

研究 の 目的:

• 酸化ビスマス（Bi2O3）で強化されたアクリロニトリルブタジエンゴム（ABS）ベースの複合材料を使用した、カスタマイズ可能な固定マスクの設計と評価。;これらの新しいABS/Bi2O3マスクの機械的性能と、市販の熱可塑性マスクとの比較。;放射線療法における固定精度の向上、患者の快適性、および持続可能性の可能性の評価。

主な方法:

• ABSおよびABS/Bi2O3複合フィラメント（5、10、20 wt%）の製造と引張試験。;臨床的に関連性のある荷重条件（首の屈曲、横方向の曲げ）下での患者固有の仮想マスクの有限要素解析（FEA）。;2つの市販の熱可塑性マスクとの機械的特性と変位のベンチマーキング。

主要な成果:

• ABSおよびABS/Bi2O3複合材料は、市販の熱可塑性プラスチック（0.25-0.3 GPa、約7 MPa）よりも大幅に高い剛性（1.7-2.5 GPa）と降伏強度（20-25 MPa）を示しました。;有限要素解析（FEA）により、市販のマスク（横方向荷重下で>20 mm）と比較して、ABSマスク（厚さ2 mmで1-5 mm、厚さ4 mmで<1 mm）で変位が著しく減少することが示されました。;補強されたエッジを持つハイブリッドマスク設計は、材料の使用を最適化しながら剛性をさらに向上させました。

結論:

• カスタマイズ可能なABSベースの固定マスクは、従来の熱可塑性プラスチックよりも優れた機械的安定性と変位制御を提供します。;これらのマスクは、計画マージンを削減し、放射線療法の精度を高め、患者の快適性を向上させる可能性があります。;ABSベースのマスクとBi2O3複合材料のリサイクル可能性は、放射線療法デバイス製造における持続可能な実践と廃棄物削減をサポートします。