放療固定用的聚氯乙烯熱塑膜特性分析及應用效果觀察

關鍵詞：增塑劑；聚氯乙烯；熱塑膜；軟化點；力學性能

中圖分類號：TQ 325.3 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0116-04

隨著醫療技術飛速發展，以往常用的石膏固定材料已經逐漸被聚合物固定材料替代。其中的低溫熱塑性聚合物樹脂材料更是因其優良特性被應用到各種臨床環境中，例如骨折、矯形等。除此之外，放射治療作為一種治療腫瘤的常用手段，常面臨放療靶區不同形狀的問題。而聚氯乙烯熱塑膜等低溫熱塑性聚合物樹脂材料的使用可以制作固定模具，使患者固定并提高放療準確性[1-2]。因此研究低溫熱塑性聚合物樹脂材料對醫療領域有重要意義。如比較了胸部熱塑膜聯合體部塑形墊等體位固定方式對放療患者擺位誤差以及時間效率的影響，結果表明，使用體部發泡膠或者使用胸部熱塑膜聯合體部塑形墊均可以改善體位固定效果[3]；針對放療時熱塑膜開孔進行有限元研究，結果表明，不開孔模型位移量最大，且應力最小，嘴部開孔模型則位移量最小[4]；探究了一種新型熱塑膜定位器在放療中的應用效果，結果表明，該熱塑膜定位器可以使患者在三維方向上的擺位誤差減小，并改善計劃靶區外擴現象[5]。基于此，本試驗參考常用的聚氯乙烯熱塑膜，以RB101型聚氯乙烯樹脂為主要材料，結合各種助劑優化熱塑膜材料性能。并結合ElektaSynergy全數字化放療平臺系統探究聚氯乙烯熱塑膜的放療固定效果。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：聚氯乙烯樹脂（AR，上海中元生物科技，RB101）；鄰苯二甲酸二正辛酯（AR，山東卓安化工，DOP）；環氧甘油三酸酯（AR，山東麒源化工，ESO）；復合鉛鹽（AR，河北佰億聯化工）；硬脂酸（AR，石家莊澳超化工）；硬脂酸鋅（AR，東莞市星原化工）；硬脂酸鈣（AR，石家莊辰高新材料）。

主要設備：TZ-4800-II型注塑機（東莞臺鑄精密機械）；HC-632-25型雙螺桿擠出機（東莞鴻宸機械科技）；JBW-300B型擺錘沖擊試驗機（濟南中儀試驗設）；ST-S5000型電子萬能試驗機（東莞市思泰儀器）；ElektaSynergy全數字化放療平臺系統（瑞典醫科達公司）。

1.2試驗方法

1.2.1原料預處理及配比方案

參考放療固定常用的聚氯乙烯熱塑膜材料，以RB101型聚氯乙烯樹脂為主要材料，研究聚氯乙烯熱塑膜材料成型工藝及性能。由于聚氯乙烯樹脂本身沒有明顯熔點，屬于無定形高聚物，容易在高溫加熱過程中出現脫氫反應，釋放氯化氫氣體，最終導致聚氯乙烯熱塑膜材料性能下降[6-8]。因此需要對聚氯乙烯樹脂原材料進行預處理。預處理方式為向聚氯乙烯樹脂原材料中添加適量增塑劑、熱穩定劑和穩定劑，混合并恒溫80℃干燥。其中增塑劑為鄰苯二甲酸二正辛酯和環氧甘油三酸酯，熱穩定劑為復合鉛鹽，穩定劑為硬脂酸、硬脂酸鋅以及硬脂酸鈣。聚氯乙烯熱塑膜材料原材料配比方案設計見表1[9-10]。

1.2.2熱塑膜材料制備成型及工藝

（1）將雙螺桿擠出機的溫度升高到140℃，再向料筒中均勻添加預處理好的混合原材料。開啟雙螺桿擠出機，使材料從出料口擠出，并通過冷卻水槽，經過切粒機造粒，得塑料粒子；

（2）將脫模劑噴涂到自制模具表面，再將注塑機溫度升高到140℃，然后開始添加料粒，注塑成型。在熱塑膜材料成型工藝中，注塑機主要參數分別是：注射量45/1.5g/cm³，縮模力15t，開模力7t，螺桿行程100mm，頂出力量1.3t，最大液壓壓力140kg/cm²，射出壓力1098kg/cm³。

1.3性能測試

1.3.1軟化點

在不同溫度條件下，通過邵氏硬度計測試材料硬度，并根據材料的硬度-溫度曲線情況確定材料硬度突變的開始溫度和結束溫度，從而分析材料軟化點。

1.3.2拉伸性能

使用電子萬能試驗機對材料進行縱軸拉伸加載，分析材料拉伸性能。

2結果與分析

2.1DOP添加量的影響

2.1.1軟化點

根據表1中的原材料配比，固定其余條件不變，研究不同鄰苯二甲酸二正辛酯（DOP）添加量對熱塑膜材料軟化點的影響，結果如圖1。

由圖1可知，隨著熱塑膜材料中增塑劑DOP添加量增多，材料軟化點不斷下降。當增塑劑DOP添加量為3%時，熱塑膜材料軟化點較高，為71.5℃。當添加6%DOP時，材料軟化點降低到62.3℃。當添加9%、12%DOP時，材料軟化點繼續下降，分別是58.4℃、55.8℃。添加有21%DOP的熱塑膜材料軟化點最低，為42.2℃。這些變化可能是因為，增塑劑DOP的添加可以改善聚氯乙烯樹脂材料成型后的流動性，并使成型產品的柔順性增強[11-12]。綜上，增塑劑DOP添加量的變化對熱塑膜材料軟化點影響較大，應根據熱塑膜材料的實際應用環境選擇合適的DOP添加量。優選DOP添加量為9%或12%。

2.1.2拉伸性能

根據表1中的原材料配比，固定其余條件不變，研究不同DOP添加量對熱塑膜材料拉伸強度以及斷裂伸長率的影響，結果見圖2。

由圖2可知，當增塑劑DOP添加量增多時，熱塑膜材料試樣的拉伸強度下降，斷裂伸長率升高。當增塑劑DOP添加量為3%時，熱塑膜材料拉伸強度最大為294.5MPa，此時斷裂伸長率最小為15.2%。當增塑劑DOP添加量為21%時，熱塑膜材料拉伸強度處于最小值，為218.4MPa，此時斷裂伸長率則處于最大值，為19.8%。這些變化是因為，增塑劑DOP的添加使聚氯乙烯樹脂材料體系中的分子間作用力減弱，且分子間滑動被限制，因此力學性能下降[13-15]。綜上，增塑劑DOP的添加會降低熱塑膜材料拉伸性能。

2.2ESO添加量的影響

2.2.1軟化點

根據表1中的原材料配比，固定其余條件不變，研究不同環氧甘油三酸酯（ESO）添加量對熱塑膜材料軟化點的影響，結果如圖3。

由圖3可知，隨著熱塑膜材料中增塑劑ESO添加量增多，材料軟化點逐漸降低。當ESO添加量從1%增多至6%時，熱塑膜材料軟化點從57.9℃降低至47.8%。綜合考慮熱塑膜材料的實際應用環境，優選ESO添加量為2%或3%。

2.2.2拉伸性能

根據表1中的原材料配比，固定其余條件不變，研究不同ESO添加量對熱塑膜材料拉伸強度以及斷裂伸長率的影響，結果如圖4。

由圖4可知，隨著增塑劑ESO添加量增多，熱塑膜材料拉伸強度呈下降趨勢，而拉伸斷裂伸長率呈升高趨勢。這與增塑劑DOP對熱塑膜材料拉伸性能的影響趨勢基本一致。可以看到，當增塑劑ESO添加量為1%時，熱塑膜材料拉伸強度最大為282.5MPa，此時斷裂伸長率最小為14.8%。當增塑劑ESO添加量為6%時，熱塑膜材料拉伸強度最小為242.7MPa，此時斷裂伸長率最大為20.4%。綜上，增塑劑ESO的添加會降低熱塑膜材料拉伸性能，優先增塑劑ESO添加量為2%或3%。

2.3應用效果觀察

2.3.1應用對象

選取2022年3月～2024年3月于本院進行放療的頭頸部腫瘤患者94例，將這94例患者作為研究對對象。根據各患者的臨床資料，對患者放療情況進行回顧性分析。按照各患者放療固定方式不同，將這94例患者分為觀察組、對照組，每組47例。患者納入標準為：（1）頭頸部腫瘤患者，需進行放療治療；（2）患者血液系統和心肺功能均耐受放療；（3）患者治療依從性良好，自愿參與此研究并已簽署相關知情同意書；（4）患者年齡在20～60歲；（5）患者無放療禁忌證[16-18]。患者排除標準為：（1）患者存在不可控顱內高壓或者嚴重癲癇；（2）患者在一年內接受過放療。各組患者在疾病類型、年齡、性別等基本資料方面比較結果無差異，在此次研究中有可比性。

2.3.2應用方法

對照組患者使用定位治療固定板進行放療固定，觀察組患者使用聚氯乙烯熱塑膜結合體部固定板進行放療固定。各組患者在固定時均使用頸部固定標準套枕和頭頸肩板作為固定底座。在使用聚氯乙烯熱塑膜進行固定時，先將熱塑料放到烤箱中進行軟化，再將軟化的熱塑膜材料放到患者體表，在確保患者舒適度的情況下等待熱塑膜冷卻，取下熱塑膜并確定治療參考點。之后通過標記鉛珠進行CT定位掃描。各組患者在放療過程中均使用相同的Elekta Synergy全數字化放療平臺系統。

2.3.3觀察效果分析

擺位誤差：對各組患者在放療過程中三維方向的擺位線性誤差以及旋轉誤差進行評價，分析放療固定效果。各組患者擺位線性和旋轉誤差如表2和表3所示。

2.3.4應用結果分析

由表2、表3可知，在X軸、Y軸和Z軸方向上的擺位線性誤差方面，當使用聚氯乙烯熱塑膜結合體部固定板進行放療固定時，觀察組患者擺位線性誤差較小，各組差異“P＜0.05”。除此之外，與對照組相比，觀察組患者的擺位旋轉誤差均有改善，且各組差異“P＜0.05”。因此這些比較結果具有統計學意義。由此可見，聚氯乙烯熱塑膜材料在放療固定中應用效果良好，具有臨床價值。

3結語

（1）對于聚氯乙烯熱塑膜材料來說，增塑劑DOP和ESO均會使材料拉伸強度、沖擊強度下降，軟化點降低。優選增塑劑DOP添加量為9%，優選ESO添加量為2%或者3%；

（2）綜合考慮熱塑膜材料軟化點和力學性能，聚氯乙烯熱塑膜材料各原材料添加量可為：聚氯乙烯樹脂100%，DOP9%，ESO2%，熱穩定劑5%，硬脂酸1%，硬脂酸鋅1%，硬脂酸鈣2%；

（3）在放療固定中，這種聚氯乙烯熱塑膜材料可以減少患者擺位的線性誤差和旋轉誤差，臨床應用效果良好。