Ζωγραφική με πρωτόνια: οι δοκοί επεξεργασίας αναδημιουργούν έργα τέχνης – Physics World

Η θεραπεία πρωτονίων διαμορφωμένης έντασης (IMPT) είναι μια προηγμένη τεχνική θεραπείας του καρκίνου που χρησιμοποιεί στενές δέσμες πρωτονίων που μοιάζουν με μολύβι – ζωγραφισμένες σημείο προς σημείο και στρώμα προς στρώμα μέσα στον ασθενή – για την παροχή ακτινοβολίας σε εξαιρετικά πολύπλοκα μοτίβα δόσεων. Σε συνδυασμό με εξελιγμένες τεχνικές σχεδιασμού θεραπείας, το IMPT μπορεί να διαμορφώσει τη δόση πρωτονίου ώστε να ταιριάζει με τον στοχευόμενο όγκο με πρωτοφανή ακρίβεια, μεγιστοποιώντας την καταστροφή των καρκινικών κυττάρων, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τη βλάβη σε κοντινό υγιή ιστό.

Θέλοντας να επιδείξει την εντυπωσιακή δύναμη του IMPT για τη δημιουργία περίπλοκων κατανομών δόσεων, ο ιατρός φυσικός Lee Xu από το Κέντρο Πρωτονίων της Νέας Υόρκης κατέληξε σε μια ασυνήθιστη προσέγγιση - χρησιμοποίησε δέσμες μολυβιών πρωτονίων για να αναδημιουργήσει μια σειρά από γνωστούς πίνακες ως σχέδια θεραπείας, χρησιμοποιώντας αποτελεσματικά τα πρωτόνια ως πινέλο.

«Όταν μπήκα για πρώτη φορά σε αυτόν τον τομέα, θυμάμαι ότι κοιτούσα τα σχέδια θεραπείας και ήμουν έκπληκτος με το πόσο όμορφα ήταν. Μου έμοιαζαν πραγματικά με έργα τέχνης», λέει ο Xu Κόσμος Φυσικής. «Καθώς περνούσα όλο και περισσότερο χρόνο παρατηρώντας τον προγραμματισμό της θεραπείας, συνειδητοποίησα πόσο παρόμοιοι ήταν οι δοσίμετροι με τους καλλιτέχνες. Η μόνη διαφορά ήταν πραγματικά στο μέσο που χρησιμοποίησαν και στον καμβά στον οποίο εφάρμοσαν το μέσο».

Ο Xu επέλεξε πέντε γνωστούς πίνακες – Κορίτσι με το Μαργαριταρένιο Σκουλαρίκι του Johannes Vermeer, Η αστρική νύχτα του Βίνσεντ Βαν Γκογκ, Η κραυγή του Edvard Munch, Σύνθεση με κόκκινο, μπλε και κίτρινο από τον Piet Mondrian και Γιος του ανθρώπου από τον René Magritte – για αναδημιουργία στο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας Eclipse v16.1, κοινοποιώντας τις εικόνες που προκύπτουν στο Ιατρική Δοσιμετρία.

Για να δημιουργήσει κάθε «ζωγραφική», το σύστημα σχεδιασμού χρησιμοποίησε κλινικά πρωτόνια με ενέργειες 70–250 MeV για να εναποθέσει «βαφή» (δόση ακτινοβολίας) σε έναν «καμβά» (ένα υδάτινο φάντασμα), με συνολική συνταγή 100 Gy σε 50 κλάσματα. . Κάθε σχέδιο θεραπείας χρησιμοποιούσε από ένα έως έξι πεδία πρωτονίων κατευθυνόμενα στο μπροστινό μέρος του καμβά, με το ισόκεντρο τοποθετημένο σε βάθος 10 cm.

Η διαδικασία ξεκινά με παρόμοιο τρόπο με ένα παραδοσιακό έργο τέχνης – δημιουργώντας ένα προκαταρκτικό σκίτσο στον καμβά για τον προσδιορισμό της συνολικής διάταξης, σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιώντας το εργαλείο 2D πινέλου στον χώρο εργασίας περιγράμματος του Eclipse. Στη συνέχεια, βασικά στοιχεία όπως ο ουρανός και το έδαφος οριοθετούνται ως περιγράμματα και χωρίζονται σε ξεχωριστές δομές για να αντιπροσωπεύουν διαφορετικά χρώματα, τόνους και υφές. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο Xu χρησιμοποίησε μια τελική υποδιαίρεση σε ακόμη μικρότερες δομές (έως 65 για τον πιο περίπλοκο πίνακα) για να αντικατοπτρίζει πιο περίπλοκες λεπτομέρειες.

Ο Xu έδωσε διαφορετικά χρώματα σε διάφορα επίπεδα ισοδόσεως μεταξύ 0 και 100 Gy σε διαστήματα περίπου 300 cGy. Στη συνέχεια βελτιστοποίησε τα σχέδια θεραπείας για να καταθέσει δόσεις μέσα στον καμβά που πέτυχαν το επιθυμητό χρώμα σε κάθε περιοχή. Ο Xu σημειώνει ότι η τελική κατανομή δόσης υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τον ίδιο αλγόριθμο συνέλιξης-υπέρθεσης πρωτονίων που χρησιμοποιήθηκε στην κλινική του.

«Αφού εξοικειώθηκα με τη θεραπεία σάρωσης πρωτονίων με δέσμη μολυβιού, συνειδητοποίησα ότι οι δυνατότητες για ζωγραφική δόσης χρησιμοποιώντας πρωτόνια ήταν σχεδόν απεριόριστες», λέει ο Xu. «Ήθελα πραγματικά να δω πόσο μακριά θα μπορούσα να το σπρώξω και τι καλύτερο από το να αναδημιουργήσω μερικούς από τους αγαπημένους μου πίνακες χρησιμοποιώντας δέσμες πρωτονίων. Ενώ έχω αυτήν την ιδέα σχεδόν πέντε χρόνια τώρα, μόλις πρόσφατα είχα τον χρόνο και την υπομονή να την πραγματοποιήσω».

Οι τελικές αναπαραστάσεις έδειχναν μια αξιοσημείωτη ομοιότητα με τα αυθεντικά έργα τέχνης με επαρκή ανάλυση για να αποσαφηνιστούν οι λεπτές λεπτομέρειες. Ο Xu σημειώνει ότι κάθε πίνακας είναι στην πραγματικότητα ένα τρισδιάστατο έργο τέχνης και μπορεί να προβληθεί σε πολλαπλά βάθη μέσα στο φάντασμα του νερού.

Μπορεί η σάρωση με δέσμη μολυβιού να επιτρέψει τη θεραπεία πρωτονίων χωρίς σκελετό;

Εκτός από μια εντυπωσιακή επίδειξη ιατρικής τεχνολογίας αιχμής, οι πίνακες εξυπηρετούν έναν επιπλέον σκοπό. Ο Xu οραματίζεται ότι θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως εκπαιδευτικό εργαλείο, για να βοηθήσουν τους ασθενείς που υποβάλλονται σε θεραπεία να κατανοήσουν τις γενικές αρχές της θεραπείας πρωτονίων ή ακόμη και να βοηθήσουν τους φοιτητές ιατρικής και ιατρικής φυσικής να κατανοήσουν καλύτερα τη φυσική και τη δοσιμετρία πρωτονίων χρησιμοποιώντας μια σειρά σχολιασμένων πινάκων.

«Ελπίζω ότι αυτό το έγγραφο δείχνει πόσο μακριά έχουμε προχωρήσει από την εποχή του 2D σχεδιασμού και πώς η σύγχρονη τεχνολογία μας επέτρεψε να παρέχουμε εξαιρετικά στοχευμένη φροντίδα που είναι συγκεκριμένη για κάθε ασθενή», προσθέτει ο Xu. «Ελπίζω επίσης ότι αυτή η εργασία να χρησιμεύσει ως υπενθύμιση σε όλους μας στους τομείς της ακτινολογικής ογκολογίας και της ιατρικής φυσικής ότι ενώ συχνά θεωρούμε τους εαυτούς μας επιστήμονες ή κλινικούς γιατρούς, κατά βάθος είμαστε και καλλιτέχνες. Και χωρίς την τέχνη, ο τομέας μας δεν θα ήταν ο ίδιος».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/