ورقة من النقاط الكمومية تعزز تصوير شيرينكوف لجرعة العلاج الإشعاعي

يتيح تصوير Cherenkov تصورًا في الوقت الفعلي لحزم الإشعاع على جسم المريض ويوفر وسيلة لتقييم دقة تقديم العلاج الإشعاعي. طور الباحثون في الصين الآن طريقة لتحسين جودة صور Cherenkov باستخدام ورقة مرنة وغير سامة من النقاط الكمومية الكربونية (cQDs) المرفقة بالمريض.

يتم إنتاج ضوء Cherenkov عندما تتحرك الجسيمات المشحونة بسرعة أكبر من سرعة طور الضوء في الأنسجة. تتناسب شدة الإشارة مع جرعة الإشعاع التي يتم تلقيها ، مما يكشف عن الجرعة الدقيقة التي يتم تسليمها أثناء العلاج. توفر تقنية التصوير الضوئي دقة مكانية عالية وحساسية عالية وسرعة تصوير سريعة مقارنة بالطرق التقليدية لقياس جرعة الإشعاع.

شدة انبعاث Cherenkov منخفضة ، ومع ذلك ، فإن الفوتونات المنبعثة مبعثرة وامتصاصها الأنسجة. لهذا السبب ، تواجه الكاميرات القياسية ذات الأجهزة المزدوجة الشحن (CCD) صعوبة في جمع الإشارة. بدلاً من ذلك ، يتم استخدام كاميرات CMOS / CCD المكثفة الأكثر تكلفة.

تحتوي cQDs على أطياف امتصاص تتداخل مع أطياف انبعاث Cherenkov ؛ ثم يقومون بإصدار اللمعان بأطوال موجية أطول. صفائح cQD ، تم تطويرها واختبارها في قسم العلوم والتكنولوجيا النووية في جامعة نانجينغ للملاحة الجوية والملاحة الفضائية, لذلك يمكن استخدامها لتحويل انبعاث Cherenkov لمطابقة الطول الموجي الأمثل لمنطقة الكشف الحساسة لكاميرا CCD.

مع وجود صفائح cQD في مكانها ، يتكون الانبعاث البصري من فوتونات Cherenkov المتولدة في السطح السطحي للأنسجة ، ووميض متحمس بفوتونات Cherenkov ، والتألق الإشعاعي المتولد في cQDs. يؤدي ذلك إلى زيادة إجمالي الإشارة الضوئية وتحسين جودة الصورة ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) للصور التي تم الحصول عليها.

الباحث الرئيسي تشانغران قنغ أنشأ وزملاؤه صفائح cQD باستخدام محلول مكون من 10 نانومتر قطره XNUMX نانومتر ومادة لاصقة قابلة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. تم تغليف هذا الخليط بالدوران على طبقة سفلية مغطاة بغطاء بلاستيكي وتم ترسيخه باستخدام مصباح UV. تضمن الركيزة البلاستيكية أن مادة التلألؤ لا تلامس الجلد مباشرة.

كانت سماكة صفائح cQD الناتجة 222 ± 5 ميكرومتر وقطرها 15 سم ، وكانت مرنة بما يكفي لتتوافق مع سطح المريض. لاحظ الفريق أن صفائح cQD شفافة تقريبًا ولا تمنع انبعاث Cherenkov من الأنسجة.

الإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في الفيزياء الطبية، قام الباحثون في البداية باختبار صفائح cQD على لوح من الماء الصلب مغطى بطبقة 2 مم من الطين ذو الألوان الفاتحة لتقليد الخصائص البصرية للجلد. قاموا بتقييم العلاقة بين الكثافة الضوئية والجرعة التي تم تسليمها باستخدام تركيزات cQD من 0 و 0.05 و 0.1 مجم / مل ، والجرعات المسلمة من 100-500 MU ، و 6 و 10 MV حزم. لاحظوا وجود علاقة خطية بين الكثافة الضوئية والجرعة لكل من فوتونات 6 و 10 MV. أدت إضافة صفائح cQD إلى مضاعفة نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) في كلتا الحالتين.

ثم قام الفريق بفحص أداء صفائح cQD على شبح مجسم باستخدام مواد علاج إشعاعي مختلفة ومصادر مختلفة للضوء المحيط. كان انبعاث الضوء من سطح المواد المختلفة أعلى بنسبة 60٪ مع صفائح cQD منه بدونها. على وجه التحديد ، زاد متوسط ​​الكثافة الضوئية بحوالي 69.25٪ ، 63.72٪ و 61.78٪ عند إضافة صفائح cQD إلى البلعة ، وعينة القناع ، ومجموعة من البلعة والقناع ، على التوالي. تحسنت معدلات SNR المقابلة بحوالي 62.78٪ و 56.77٪ و 68.80٪.

تحت الضوء المحيط من مؤشر LED أحمر ، يمكن الحصول على صور بصرية ذات نسبة SNR أكبر من 5 من خلال الألواح. أدت إضافة مرشح تمرير النطاق إلى زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء بحوالي 98.85٪.

كتب الباحثون: "من خلال مزيج من صفائح cQD والمرشح المقابل ، يمكن زيادة شدة الضوء ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) للصور البصرية بشكل كبير". "يلقي هذا ضوءًا جديدًا على تعزيز التطبيق السريري للتصوير البصري لتصور الحزمة في العلاج الإشعاعي من خلال عملية الحصول على الصور الأكثر سرعة وأقل تكلفة."

تصوير شيرينكوف لتصور العلاج الإشعاعي: عام واحد من الاستخدام السريري

يقول جينج عالم الفيزياء أن الفريق يواصل بحثه بنشاط بعدة طرق. أحد الأمثلة هو التحقيق في تصوير Cherenkov للاستخدام مع العلاج الإشعاعي بشعاع الإلكترون للجدرات ، الآفات الليفية الحميدة الناتجة عن استجابة الشفاء غير الطبيعية.

يشرح غينغ: "أشارت بعض الدراسات إلى أن العلاج الإشعاعي بحزمة الإلكترون بعد الجراحة يمكن أن يقلل من معدلات تكرار الجدرة". ومع ذلك ، فإن الولادات غير الدقيقة ترتبط بشكل شائع باختلاف معلمات شعاع الإلكترون ، فضلاً عن عدم اليقين في إعداد المريض أو حركات الجهاز التنفسي. يمكن أن يؤدي ذلك إلى جرعة غير كافية أو مفرطة في الحقول المجاورة غير المتطابقة ، مما قد يتسبب في تلف الأنسجة للجلد الطبيعي أو تكرار الجدرة. نحن نحاول استخدام تقنية التصوير Cherenkov مع صفائح cQD لقياس مطابقة مجالات الإشعاع المجاورة التي يتم تسليمها أثناء العلاج الإشعاعي بالإلكترون الجدرة في الوقت الفعلي ".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/