Η έγχρωμη απεικόνιση Cherenkov βελτιώνει την ακρίβεια της παρακολούθησης της δόσης ακτινοθεραπείας

Η απεικόνιση Cherenkov κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας επιτρέπει την απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο και τη χαρτογράφηση των ακτίνων ακτινοβολίας καθώς χορηγούν τη δόση στο σώμα του ασθενούς, παρέχοντας έναν τρόπο αξιολόγησης της ακρίβειας της χορήγησης θεραπείας σε πραγματικό χρόνο. Επίσης, δοκιμάζεται εκτενώς σε ερευνητικά εργαστήρια παγκοσμίως ως εργαλείο για την ποσοτικοποίηση των πραγματικών δόσεων ακτινοβολίας που παρέχονται στους ασθενείς, με τρόπο που δεν επηρεάζεται από το χρώμα του δέρματος.

Η τεχνική οπτικής απεικόνισης προσφέρει τα πλεονεκτήματα της υψηλής χωρικής ανάλυσης, της υψηλής ευαισθησίας και της γρήγορης ταχύτητας απεικόνισης σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους μέτρησης της δόσης ακτινοβολίας. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν προτού όλες οι δυνατότητές του μπορούν να υιοθετηθούν για κλινική χρήση.

Η ακτινοβολία Cherenkov παράγεται όταν τα φορτισμένα σωματίδια ταξιδεύουν με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα φάσης του φωτός στον ιστό. Η ένταση του σήματος είναι ανάλογη της χορηγούμενης δόσης ακτινοβολίας και, σε ένα ιδανικό σενάριο, υποδεικνύει με ακρίβεια τη δόση που χορηγείται κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας.

Στην πραγματικότητα, ωστόσο, η εξασθένηση των ιστών μειώνει την ένταση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας Cherenkov και μεταβάλλει τη γραμμική σχέση μεταξύ της κατατεθείσας δόσης και της παρατηρούμενης εκπομπής Cherenkov. Εξαιτίας αυτού, το σήμα Cherenkov από τον ανθρώπινο ιστό δεν είναι ακόμη επακριβώς ερμηνεύσιμο ως πλήρως ανάλογο με τη δόση.

Ερευνητές στο Dartmouth College και την Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison εργάζονται για να κάνουν την απεικόνιση Cherenkov αξιόπιστο δείκτη της δόσης ακτινοβολίας. Σε μια πρόσφατη μελέτη που αναφέρεται στο Journal of Biomedical Optics, χρησιμοποίησαν μια προσαρμοσμένη κάμερα τριών καναλιών με χρονοθυρίδα για να απεικονίσουν τα κόκκινα, πράσινα και μπλε μήκη κύματος της εκπομπής Cherenkov από διάφορα φαντάσματα ιστού. Υποθέτουν ότι η ένταση της εκπομπής Cherenkov αλλάζει με τις διακυμάνσεις στα χαρακτηριστικά βιολογικής απορρόφησης - όπως η συγκέντρωση στο αίμα στον ιστό και η συγκέντρωση μελανίνης στο ανθρώπινο δέρμα με διαφορετικά επίπεδα μελάγχρωσης.

«Η απορρόφηση και η διασπορά των ιστών μπορεί να προκαλέσει μεγάλη διακύμανση μεταξύ των ασθενών στις ανιχνευμένες εκπομπές Cherenkov», εξηγεί ο κύριος ερευνητής Μπράιαν Πόγκ, απο University of Wisconsin-Madison School of Medicine and Public Health και του Dartmouth Σχολή Μηχανικών Thayer. «Γνωρίζουμε ότι η διακύμανση στο χρώμα του δέρματος μπορεί να αλλάξει το επίπεδο σήματος έως και 90%, και οι αλλαγές στο αίμα ή το περιεχόμενο σκέδασης μπορεί να προκαλέσουν έως και 20% διακύμανση σήματος».

«Διεξάγαμε τη μελέτη μας για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς οι οπτικές ιδιότητες των ιστών επηρεάζουν τα χρώματα εκπομπής του φωτός Cherenkov και να αρχίσουμε να εντοπίζουμε τρόπους χρήσης του φάσματος του φωτός για βαθμονόμηση ή διόρθωση των επιδράσεων εξασθένησης ιστού», εξηγεί.

Για τη μελέτη, ο Pogue και οι συνεργάτες του ετοίμασαν φαντάσματα ιστού και αίματος με διαφορετικά επίπεδα μελανίνης και όγκου αίματος. Δημιούργησαν συνθετικές επιδερμικές στιβάδες πάχους 0.1 mm που περιέχουν επτά διαφορετικές συγκεντρώσεις συνθετικής μελανίνης που ταιριάζουν με αυτές στο ανθρώπινο δέρμα και στη συνέχεια τοποθέτησαν αυτές τις στοιβάδες πάνω από φαντάσματα χονδρού ιστού. Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης επτά φαντάσματα αίματος με συγκεντρώσεις στο αίμα που κυμαίνονταν από αυτή του λιπώδους ιστού έως υψηλά αγγειοποιημένο μυϊκό ιστό.

Οι ερευνητές ακτινοβολούσαν τα φαντάσματα με δόση 3 Gy χρησιμοποιώντας δέσμες ηλεκτρονίων 6 MV φωτονίων και 6 MeV και απέκτησαν εικόνες για κάθε κανάλι χρώματος. Οι αποκτήσεις ήταν χρονικά περιορισμένες στο linac, για να συλλάβουν την εκπομπή Cherenkov μόνο κατά τη διάρκεια των παλμών ακτινοβολίας μικροδευτερόλεπτου χωρίς φως περιβάλλοντος. Σημειώνουν ότι και για τις δύο δέσμες, δεν υπήρξε παρατηρήσιμη εκπομπή Cherenkov για μελανίνη πάνω από 0.0076 mg/ml (μέτρια υψηλού επιπέδου).

Η ομάδα αναφέρει ότι η εκπομπή Cherenkov από τα φαντάσματα μειώθηκε καθώς η συγκέντρωση μελανίνης αυξήθηκε. Τα εξαιρετικά υψηλά επίπεδα μελανίνης προκάλεσαν σημαντική μείωση της εκπομπής Cherenkov, καθιστώντας δύσκολη την εκτέλεση απεικόνισης σε άτομα με τους πιο σκούρους τόνους δέρματος.

Το χρώμα έκανε επίσης τη διαφορά κατά την απεικόνιση φαινομένων αίματος, με μεγαλύτερη εξασθένηση καθώς αυξανόταν η συγκέντρωση στο αίμα. Το κόκκινο κανάλι εξασθενεί σε μικρότερο βαθμό από το μπλε και το πράσινο κανάλι, λόγω της απορρόφησης μπλε και πράσινου χρώματος από την οξυαιμοσφαιρίνη στο αίμα. «Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η απεικόνιση στο κόκκινο και στο εγγύς υπέρυθρο μήκη κύματος θα είναι καλύτερη», σχολιάζει ο Pogue. "Επιπλέον, ο χαρακτηρισμός της ποσότητας εξασθένησης σε κάθε χρωματική ζώνη θα διευκολύνει τη βαθμονόμηση για το χρώμα του δέρματος."

«Τα ευρήματά μας υποστηρίζουν την ιδέα ότι η έγχρωμη ή φασματική απεικόνιση του Cherenkov θα μπορούσε να παρέχει μια πειραματική μεθοδολογία για τον διαχωρισμό της βιολογικής εξασθένησης της έντασης από τη φυσική παραγωγή του Cherenkov με εναπόθεση δόσης. Ο στόχος θα ήταν ιδανικά να χρησιμοποιηθεί η ένταση του Cherenkov ως δείκτης της δόσης που χορηγείται στον ιστό, ανεξάρτητα από τον όγκο του αίματος μέσα σε αυτόν ή το χρώμα του δέρματος, χρησιμοποιώντας διόρθωση χρώματος», γράφουν οι ερευνητές.

Απεικόνιση Cherenkov για οπτικοποίηση ακτινοθεραπείας: ένα έτος κλινικής χρήσης

Η ομάδα έχει ξεκινήσει μια κλινική δοκιμή με συνεργάτες στο Moffitt Cancer Center, για να απεικονίσει ασθενείς με μεγαλύτερη ποικιλία χρωματικών διαφορών δέρματος και ελπίζει να επεκτείνει τη δοκιμή σε UWHealth στο Madison "Αυτό θα μας επιτρέψει να δοκιμάσουμε αυτό το είδος απεικόνισης σε ασθενείς που αντιπροσωπεύουν καλύτερα το φυσιολογικό φάσμα πληθυσμών ασθενών με καρκίνο", λέει ο Pogue Κόσμος Φυσικής. «Θέλουμε πραγματικά να κατανοήσουμε καλύτερα πώς φαίνονται οι εικόνες και αν μπορούμε να βασιστούμε στην απεικόνιση του Cherenkov για να μας δείξει το μοτίβο παροχής ακτινοβολίας σε όλους τους ασθενείς, ανεξάρτητα από το χρώμα του δέρματός τους».

«Μέχρι στιγμής, τα δεδομένα φαίνονται ενθαρρυντικά», προσθέτει. «Επειδή εκπέμπεται λιγότερο φως καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε μελανίνη του δέρματος, χρησιμοποιούμε επίσης έγχρωμη απεικόνιση για να το διορθώσουμε. Ελπίζουμε ότι μπορούμε να κάνουμε το σύστημα σε μεγάλο βαθμό ανεξάρτητο από το χρώμα του δέρματος. Πιστεύουμε ότι η φασματοσκοπική ερμηνεία μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη συσχέτιση της εκπομπής Cherenkov με τη δόση ιονίζουσας ακτινοβολίας που παρέχεται κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας.»

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• Minting the Future με την Adryenn Ashley. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/colour-resolved-cherenkov-imaging-improves-the-accuracy-of-radiotherapy-dose-monitoring/