Maleri med protoner: behandlingsstråler genskaber kunstværker – Physics World

Maleri med protoner: behandlingsstråler genskaber kunstværker – Physics World

Tidsstempel: 27. september 2023 kl. 4

Protonstråler genskaber kunstværker
Proton malerier Det originale kunstværk og genskabte "malerier" i isodose farve vask og dosis farve vask til Pige med perleørering af Johannes Vermeer (øverste række), Den stjerneklare nat af Vincent van Gogh (midterste række) og Skriget af Edvard Munch (nederste række). (Høflighed: Medicinsk Dosimetri 10.1016/j.meddos.2023.08.006)

Intensitetsmoduleret protonterapi (IMPT) er en avanceret kræftbehandlingsteknik, der bruger smalle blyantlignende stråler af protoner - malet plet-for-punkt og lag-for-lag i patienten - til at levere stråling i meget komplekse dosismønstre. Kombineret med sofistikerede behandlingsplanlægningsteknikker kan IMPT forme protondosis til at matche den målrettede tumor med hidtil uset nøjagtighed, maksimere ødelæggelsen af ​​kræftceller og samtidig minimere skader på nærliggende sundt væv.

Medicinsk fysiker Lee Xu fra New York Proton Center kom med en usædvanlig tilgang – han brugte protonblyantbjælker til at genskabe en række velkendte malerier som behandlingsplaner, hvor han effektivt brugte protonerne som en pensel.

“Da jeg først trådte ind på dette felt, husker jeg, at jeg så på behandlingsplaner og blev overrasket over, hvor smukke de var. De lignede virkelig kunstværker for mig,” fortæller Xu Fysik verden. "Efterhånden som jeg brugte mere og mere tid på at observere behandlingsplanlægning, indså jeg, hvor ens dosimetrister var kunstnere. Den eneste forskel var egentlig i det medie, de brugte, og det lærred, de anvendte mediet på."

Xu valgte fem kendte malerier – Pige med perleørering af Johannes Vermeer, Den stjerneklare nat af Vincent van Gogh, Skriget af Edvard Munch, Sammensætning med rød, blå og gul af Piet Mondrian, og Menneskesønnen af René Magritte – til at genskabe i Eclipse v16.1 behandlingsplanlægningssystemet ved at dele de resulterende billeder i Medicinsk Dosimetri.

For at generere hvert "maleri" brugte planlægningssystemet kliniske protoner med energier på 70-250 MeV til at afsætte "maling" (strålingsdosis) på et "lærred" (et vandfantom) med en samlet recept på 100 Gy i 50 fraktioner . Hver behandlingsplan anvendte mellem et og seks protonfelter rettet mod forsiden af ​​lærredet med isocentret placeret i en dybde på 10 cm.

Processen begynder på samme måde som et traditionelt kunstværk - ved at skabe en foreløbig skitse på lærredet for at bestemme det overordnede layout, i dette tilfælde ved at bruge 2D-børsteværktøjet i Eclipses konturarbejdsområde. Dernæst er nøgleelementer som himlen og jorden afgrænset som konturer og opdelt i separate strukturer for at repræsentere forskellige farver, toner og teksturer. I nogle tilfælde brugte Xu en endelig underopdeling i endnu mindre strukturer (op til 65 for det mest komplekse maleri) for at afspejle mere indviklede detaljer.

Xu tildelte forskellige farver til forskellige isodoseniveauer mellem 0 og 100 Gy i intervaller på omkring 300 cGy. Han optimerede derefter behandlingsplanerne for at afsætte doser inden for lærredet, der opnåede den ønskede farve i hver region. Xu bemærker, at den endelige dosisfordeling blev beregnet ved hjælp af den samme protonfoldning-superpositionsalgoritme, som blev brugt i hans klinik.

"Efter at jeg stiftede bekendtskab med blyant-stråle-scanning protonterapi, indså jeg, at mulighederne for dosismaling ved hjælp af protoner var næsten ubegrænsede," siger Xu. "Jeg ville virkelig se, hvor langt jeg kunne skubbe det, og hvilken bedre måde end at genskabe nogle af mine yndlingsmalerier ved hjælp af protonstråler. Selvom jeg har haft denne idé i næsten fem år nu, har jeg først for nylig haft tid og tålmodighed til at føre den ud i livet.”

De sidste rekreationer udviste en markant lighed med de originale kunstværker med tilstrækkelig opløsning til at belyse fine detaljer. Xu bemærker, at hvert maleri faktisk er et tredimensionelt kunstværk og kan ses på flere dybder i vandfantomet.

Ud over at være en imponerende demonstration af banebrydende medicinsk teknologi tjener malerierne et ekstra formål. Xu forestiller sig, at de kunne fungere som et pædagogisk værktøj, for at hjælpe patienter under behandling med at forstå de generelle principper for protonterapi, eller endda for at hjælpe medicinske og medicinske fysikstuderende med bedre at forstå protonfysik og dosimetri ved at bruge en række kommenterede malerier.

"Jeg håber, at dette papir viser, hvor langt vi er nået siden 2D-planlægningens dage, og hvordan moderne teknologi har givet os mulighed for at yde meget målrettet pleje, der er specifik for hver patient," tilføjer Xu. "Jeg håber også, at dette arbejde tjener som en påmindelse til os alle inden for strålingsonkologi og medicinsk fysik om, at selvom vi ofte betragter os selv som videnskabsmænd eller klinikere, er vi inderst inde også kunstnere; og uden kunst ville vores felt ikke være det samme.”

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden