Leuco crystal violet-Pluronic F-127 3D radiochromic gel dosimeter

Abstract

This work reports results related to the manufacturing and optimisation of a leuco crystal violet (LCV)-Pluronic F-127 radiochromic gel dosimeter suitable for 3D radiotherapy dosimetry. A feature of this gel is that the natural gelatine polymer, which is most often used as a matrix in 3D dosimeters, is substituted with Pluronic F-127 synthetic copolymer (poly(ethylene oxide)-block-poly(propylene oxide)-block-poly(ethylene oxide). Pluronic F-127 ensures a higher transparency than gelatine, which may be beneficial for optical computed tomography readout, and improves the thermal properties in the temperature range above ~30 °C at which the gelatine physical gel converts to a solution. The optimal composition obtained comprises 2 mM LCV, 4 mM 4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl-polyethylene glycol (Triton X-100), 17 mM trichloroacetic acid (TCAA) and 25% Pluronic F-127. Its main dose-response features are 4‒150 Gy linear dose range (150 Gy was the maximal dose applied to gels in this work), 0.0070 Gy−1 cm−1 dose sensitivity (derived from absorbance (600 nm) = f (dose) for 6 MeV electrons, 0.88(3) Gy s−1 and 0.0156 Gy−1 cm−1 derived from optical density (Δµ) = f (dose) for 6 MV x-rays, 0.1010 Gy s−1), low initial colour (initial absorbance = 0.0429) and a diffusion coefficient of crystal violet (CV) in LCV-Pluronic of 0.054 ± 0.023 mm2 h−1. Raman spectroscopy was used to characterize LCV-Pluronic chemical changes after irradiation. Differential scanning calorimetry (DSC) revealed that LCV-Pluronic is stable in temperatures between approximately 11 °C and 56 °C. Irradiation of LCV-Pluronic gel impacts on its first sol-gel transition temperature and the thermal effect of this process—both increased with absorbed dose, which might be related to the degradation of Pluronic. LCV-Pluronic is a promising 3D dosimeter for ionising radiation applications. Further work is needed to improve LCV-Pluronic response in the low dose region, and characterize potential effects of pH, temperature during irradiation, and radiation quality/dose rate on dose response characteristics.

NBT-Pluronic F-127 Hydrogels Printed on Flat Textiles as UV Radiation Sensors

“…So far, radiochromic hydrogels have been widely studied as dosimeters for high-resolution three-dimensional UV or ionising radiation dose distribution measurements. For this purpose, several dosimeter compositions have been tested, such as TTC-Pluronic F-127, LMG-Pluronic F-127 [ 25 , 26 ], NBT-Pluronic F-127 [ 29 ] and LCV-Pluronic F-127 [ 30 , 31 ]. In this work, we present another possibility of using such radiochromic hydrogels and, simultaneously, a new approach to the preparation of UV-sensitive textile-based sensors.…”

Clinical radiotherapy application of N-vinylpyrrolidone-containing 3D polymer gel dosimeters with remote external MR-reading

“…Optical computed tomography is the readout method in this case. Examples of such dosimeters include PRESAGE® plastic [34][35], gel dosimeters based on leuco-dyes and gelatine [36][37][38], and leuco-dyes or tetrazolium salts and Pluronic F-127 [39][40][41][42].…”

Εφαρμογή Τρισδιάστατης Χημικής Δοσιμετρίας Στην Ακτινοθεραπεία Δερματικών Νόσων

“…δείξανε εξάρτηση της απόκρισης υδρογέλης μικυλλίων από το ρυθμό δόσης αναφέροντας ότι περαιτέρω βελτίωση είναι εφικτή μέσω εκτενούς χημικής ανάλυσης και βελτιστοποίησης της σύνθεσής τους. Οι Vandecasteele και De Deene[95] συνέκριναν δοσιμετρικό σύστημα νορμοξικής υδρογέλης πολυμερισμού PAGAT και συστήματος ΑΜΣ με δοσιμετρικό σύστημα ραδιοχρωμικής υδρογέλης μικυλλίων και συστήματος OCT και διαπίστωσαν ότι το δεύτερο έπασχε από αβεβαιότητες ραδιο-φυσικής φύσεως προερχόμενες από ψευδοσήματα Schlieren σε συνδυασμό με σφάλματα σάρωσης προερχόμενα από ανεπαρκή επαναληψιμότητα τοποθέτησης του δοσιμέτρου και από ασυμφωνία του δείκτη διάθλασης μεταξύ της υδρογέλης και του υγρού της δεξαμενής του Μετέπειτα πειράματα[93] χρησιμοποιώντας το προτεινόμενο τροποποιημένο δοσίμετρο υδρογέλης της μελέτης αυτής[94] σε δοχείο ενός λίτρου, δείξανε ότι η πληροφορία της χωρικής κατανομής της δόσης διατηρείται για τουλάχιστον δύο εβδομάδες ενώ περαιτέρω έλεγχοι πρέπει να γίνουν για εκτίμηση της χωρικής και θερμοκρασιακής σταθερότητας, της διακριτικής ικανότητας της δόσης και εξάρτησης από ρυθμό δόσης.Πρόσφατα[134]-[137] προτάθηκε η αντικατάσταση ζελατίνης, η οποία διαμορφώνει το πλέγμα υδρογέλης, από συνθετικό πολοξαμερές Pluronic F-127. Το συγκεκριμένο επιλέγεται λόγω της μεγαλύτερης διαύγειας, σε σχέση με τη ζελατίνη (όπως φαίνεται στην Εικόνα 1 μελέτης του Kozicki και ερευνητών[134]), γεγονός το οποίο αναμένεται να ωφελήσει την ανάγνωση με σαρωτή OCT, και λόγω της βελτίωσης που επιφέρει στις θερμικές ιδιότητες του τζελ σε εύρος άνω των ~30˚C, όπου φυσική υδρογέλη ζελατίνης μετατρέπεται σε διάλυμα.…”

“…Το προτεινόμενο δοσίμετρο μικυλλίων LCV με CTAB ως τασιενεργό ουσία και TCE ως ευαισθητοποιητή είναι βελτιωμένης ευαισθησίας από αντίστοιχο του Jordan. H πιο πρόσφατη από αυτές[137] προτείνει βελτιστοποιημένη σύσταση αποτελούμενη από 2mM LCV, 4mM Triton X-100, 17mM TCAA και 25% Pluronic F-127 οδηγώντας στη δημιουργία ενός δοσιμέτρου με τα εξής χαρακτηριστικά της σχέσης δόσης -απόκρισής του: 1) γραμμικότητα σε μελετώμενο εύρος δόσεων 4-150 Gy, 2) 0.0070 Gy -1 cm -1 ευαισθησία στη δόση (όπως προέκυψε από απορρόφηση (600nm) συναρτήσει δόσης για 6 MeV ηλεκτρονίων με 0.88(3) Gy s -1 και ίση με 0.0156 Gy -1 cm -1 όπως προέκυψε από μέτρηση οπτικής πυκνότητας Δμ συναρτήσει δόσης για 6 MV ακτίνες x με 0.1010 Gy s -1 ), 3) χαμηλό αρχικό χρωματισμό (αρχική απορρόφηση = 0.0429) και 4) συντελεστή διάχυσης του κρυσταλλικού ιώδους CV στο συνολικό ίσο με 0.054 ± 0.023 mm 2 h -1 . Αποδείχτηκε ότι το εν λόγω δοσίμετρο είναι σταθερό σε θερμοκρασίες περίπου 11˚C -56 ˚C.…”

“…η οποία εξέτασε την απόδοσή τους σε δέσμες ακτίνων x εύρους 50-280keV πραγματοποιήθηκε σε επίπεδο υπολογισμών Monte Carlo, και διαπίστωσε ότι τα πρώτα ραδιοχρωμικά δοσίμετρα μικυλλίων με χρωστική LMG και πλέγμα ζελατίνης όπως πρότεινε ο Jordan είναι ραδιοβιολογικά ισοδύναμα σε μεγαλύτερο βαθμό από τα PRESAGE αλλά μικρότερο από ραδιοχρωμικό δοσίμετρο γενιπίνης.Ωστόσο, η απόκριση των δοσιμέτρων μικυλλίων βρέθηκε να εξαρτάται από το ρυθμό δόσης και με σκοπό τη γενικότερη βετλιστοποίησή τους, προτάθηκε η αντικατάσταση του πλέγματος ζελατίνης τους από Pluronic F-127[134]-[137]. Αυτό είναι μεγαλύτερης διαύγειας, σε σχέση με τη ζελατίνη[134], προάγοντας την ανάγνωση με σαρωτή OCT. Επίσης βελτιώνει τις θερμικές ιδιότητες του δοσιμέτρου σε εύρος άνω των ~30˚C, για το οποίο φυσική υδρογέλη ζελατίνης μετατρέπεται σε διάλυμα.…”