Το καταπίσιμο δοσίμετρο ακτίνων Χ παρακολουθεί την ακτινοθεραπεία σε πραγματικό χρόνο – Physics World

Ερευνητές από τη Σιγκαπούρη και την Κίνα ανέπτυξαν ένα καταπόσιμο δοσίμετρο ακτίνων Χ στο μέγεθος μιας μεγάλης κάψουλας χαπιού που μπορεί να παρακολουθεί τη γαστρεντερική ακτινοθεραπεία σε πραγματικό χρόνο. Σε δοκιμές proof-of-concept σε ακτινοβολημένα κουνέλια, το πρωτότυπό τους αποδείχθηκε περίπου πέντε φορές πιο ακριβές από τα τρέχοντα τυπικά μέτρα για την παρακολούθηση της χορηγούμενης δόσης.

Η ικανότητα ακριβούς παρακολούθησης της ακτινοθεραπείας σε πραγματικό χρόνο κατά τη διάρκεια της θεραπείας θα επέτρεπε την αξιολόγηση της στο χώρο απορροφημένη δόση ακτινοβολίας σε όργανα που περιορίζουν τη δόση όπως το στομάχι, το ήπαρ, τα νεφρά και ο νωτιαίος μυελός. Αυτό θα μπορούσε να κάνει τις θεραπείες ακτινοβολίας ασφαλέστερες και πιο αποτελεσματικές, μειώνοντας ενδεχομένως τη σοβαρότητα των παρενεργειών. Η μέτρηση της χορηγούμενης και απορροφούμενης δόσης κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας όγκων του γαστρεντερικού, ωστόσο, είναι μια δύσκολη εργασία.

Το νέο δοσίμετρο, που περιγράφεται στο Φύση Βιοϊατρική μηχανική, θα μπορούσε να αλλάξει αυτό. Η κάψουλα 18 x 7 mm περιέχει μια εύκαμπτη οπτική ίνα ενσωματωμένη με επίμονους νανοσπινθηριστές με πρόσμιξη λανθανίδης. Η καταπόσιμη συσκευή ενσωματώνει επίσης ένα φιλμ πολυανιλίνης που ανταποκρίνεται στο pH, μια ρευστή μονάδα για δυναμική δειγματοληψία γαστρικού υγρού, αισθητήρες δόσης και pH, έναν ενσωματωμένο μικροελεγκτή και μια μπαταρία οξειδίου του αργύρου για την τροφοδοσία της κάψουλας.

Οι πρώτοι συγγραφείς Bo Hou και Luying Yi του Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης και συν-ερευνητές εξηγούν ότι οι νανοσπινθηριστές παράγουν ραδιοφωταύγεια παρουσία ακτινοβολίας ακτίνων Χ, η οποία διαδίδεται στα άκρα της ίνας μέσω της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης. Ο αισθητήρας δόσης μετρά αυτό το φωτεινό σήμα για να προσδιορίσει την ακτινοβολία που μεταδίδεται στην στοχευόμενη περιοχή.

Εκτός από τη δοσιμετρία ακτίνων Χ, η κάψουλα μετρά επίσης τις φυσιολογικές αλλαγές στο pH και τη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της θεραπείας. Το φιλμ πολυαλινίνης αλλάζει χρώμα ανάλογα με το pH του γαστρικού υγρού στη ρευστή μονάδα. το pH στη συνέχεια μετριέται από την αναλογία χρωματικής αντίθεσης του αισθητήρα pH, ο οποίος αναλύει το φως αφού περάσει μέσα από το φιλμ. Επιπλέον, η μεταγενέστερη λάμψη των νανοσπινθηριστών μετά την ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αυτοσυντηρούμενη πηγή φωτός για την συνεχή παρακολούθηση των δυναμικών μεταβολών του pH για αρκετές ώρες χωρίς την ανάγκη εξωτερικής διέγερσης. Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι αυτή η δυνατότητα δεν είναι ακόμη διαθέσιμη με τις υπάρχουσες κάψουλες pH.

Τα φωτοηλεκτρικά σήματα από τους δύο αισθητήρες επεξεργάζονται από ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ανίχνευσης που μεταδίδει ασύρματα πληροφορίες σε μια εφαρμογή για κινητά τηλέφωνα. Μόλις ενεργοποιηθεί, η εφαρμογή μπορεί να λαμβάνει δεδομένα από την κάψουλα σε πραγματικό χρόνο μέσω μετάδοσης Bluetooth. Δεδομένα όπως η απορροφούμενη δόση ακτινοβολίας και η θερμοκρασία και το pH των ιστών, μπορούν να εμφανιστούν γραφικά, να αποθηκευτούν τοπικά ή να φορτωθούν σε διακομιστές cloud για μόνιμη αποθήκευση και διάδοση δεδομένων.

Πριν από την ίη νίνο δοκιμάζοντας, οι ερευνητές αξιολόγησαν την απόκριση δόσης των νανοσπινθηριστών. Χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο παλινδρόμησης βασισμένο σε νευρωνικό δίκτυο για να υπολογίσουν τη δόση ακτινοβολίας από τα δεδομένα ραδιοφωταύγειας, μεταλάμψης και θερμοκρασίας. Ανέπτυξαν το μοντέλο χρησιμοποιώντας πάνω από 3000 σημεία δεδομένων που καταγράφηκαν κατά την έκθεση της κάψουλας σε ακτίνες Χ σε ρυθμούς δόσης από 1 έως 16.68 mGy/min και θερμοκρασίες από 32 έως 46 ℃.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι τόσο η ραδιοφωταύγεια όσο και οι εντάσεις μεταλάμψης είναι ευθέως ανάλογες με τις διακυμάνσεις της δόσης, υποδηλώνοντας ότι ο συνδυασμός των δύο θα οδηγήσει σε πιο ακριβείς εκτιμήσεις της απορροφούμενης δόσης.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές επικύρωσαν την απόδοση του δοσίμετρου σε τρία αναισθητοποιημένα ενήλικα κουνέλια. Μετά από χειρουργική εισαγωγή μιας κάψουλας στο στομάχι κάθε ζώου, έκαναν αξονικές τομογραφίες για να προσδιορίσουν την ακριβή θέση και τη γωνία της κάψουλας. Στη συνέχεια ακτινοβολούσαν κάθε ζώο πολλές φορές σε μια χρονική περίοδο 10 ωρών χρησιμοποιώντας έναν προοδευτικό ρυθμό δόσης ακτίνων Χ.

«Το ασύρματο δοσίμετρό μας προσδιόρισε με ακρίβεια τη δόση ακτινοβολίας στο στομάχι, καθώς και τις μικρές αλλαγές στο pH και τη θερμοκρασία, σε πραγματικό χρόνο», αναφέρει η ομάδα. «Η κάψουλα που εισήχθη στη γαστρεντερική κοιλότητα ήταν ικανή να ανιχνεύει γρήγορα αλλαγές στο pH και τη θερμοκρασία κοντά στα ακτινοβολημένα όργανα».

Η μικροσκοπική κάψουλα που καταπίνεται βοηθά στη θεραπεία γαστρεντερικών διαταραχών

Προτού η κάψουλα του δοσίμετρου μπορεί να δοκιμαστεί κλινικά, πρέπει να αναπτυχθεί ένα σύστημα τοποθέτησης για να τοποθετηθεί και να αγκιστρωθεί στο σημείο στόχο μετά την κατάποση. Απαιτείται επίσης καλύτερη και ακριβέστερη βαθμονόμηση της μετατροπής από οπτικό σήμα σε απορροφούμενη δόση πριν από την κλινική αξιολόγηση.

Οι δυνατότητες του νέου δοσίμετρου εκτείνονται πέρα ​​από τις γαστρεντερικές εφαρμογές. Οι ερευνητές οραματίζονται τη χρήση του για παρακολούθηση της δόσης της βραχυθεραπείας του καρκίνου του προστάτη, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια κάψουλα αγκυρωμένη στο ορθό. Οι μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο της απορροφούμενης δόσης σε ρινοφαρυγγικούς όγκους ή όγκους εγκεφάλου μπορεί επίσης να είναι εφικτές εάν μπορεί να τοποθετηθεί μια κάψουλα μικρότερου μεγέθους στην άνω ρινική κοιλότητα.

• 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.
• Αγορά και πώληση μετοχών σε εταιρείες PRE-IPO με το PREIPO®. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/swallowable-x-ray-dosimeter-monitors-radiotherapy-in-real-time/