Ένα φύλλο κβαντικών κουκκίδων ενισχύει την απεικόνιση Cherenkov της δόσης ακτινοθεραπείας

Η απεικόνιση Cherenkov επιτρέπει την απεικόνιση των ακτίνων ακτινοβολίας σε πραγματικό χρόνο στο σώμα του ασθενούς και παρέχει ένα μέσο αξιολόγησης της ακρίβειας της χορήγησης ακτινοθεραπείας. Ερευνητές στην Κίνα έχουν τώρα αναπτύξει έναν τρόπο για να βελτιώσουν την ποιότητα των εικόνων Cherenkov χρησιμοποιώντας ένα εύκαμπτο, μη τοξικό φύλλο άνθρακα κβαντικών κουκκίδων (cQDs) που είναι προσαρτημένο στον ασθενή.

Το φως 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, αποκαλύπτοντας την ακριβή δόση που χορηγείται κατά τη διάρκεια της θεραπείας. Η τεχνική οπτικής απεικόνισης προσφέρει υψηλή χωρική ανάλυση, υψηλή ευαισθησία και γρήγορη ταχύτητα απεικόνισης σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους μέτρησης της δόσης ακτινοβολίας.

Ωστόσο, η ένταση της εκπομπής Cherenkov είναι χαμηλή και τα φωτόνια που εκπέμπονται διασκορπίζονται και απορροφώνται από τον ιστό. Εξαιτίας αυτού, οι κάμερες τυπικής συσκευής συζευγμένης φόρτισης (CCD) δυσκολεύονται να συλλέξουν το σήμα. Αντίθετα, χρησιμοποιούνται πιο ακριβές ενισχυμένες κάμερες CMOS/CCD.

Τα cQDs έχουν φάσματα απορρόφησης που επικαλύπτονται με τα φάσματα εκπομπής Cherenkov. στη συνέχεια εκπέμπουν φωταύγεια σε μεγαλύτερα μήκη κύματος. Το φύλλο cQD, που αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε στο Τμήμα Πυρηνικής Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πανεπιστήμιο Αεροναυτικής και Αστροναυτικής του Ναντζίνγκ, μπορεί επομένως να χρησιμοποιηθεί για τη μετατόπιση της εκπομπής Cherenkov ώστε να ταιριάζει με το βέλτιστο μήκος κύματος της ευαίσθητης περιοχής ανίχνευσης μιας κάμερας CCD.

Με το φύλλο cQD στη θέση του, η οπτική εκπομπή αποτελείται από φωτόνια Cherenkov που δημιουργούνται στην επιφανειακή επιφάνεια του ιστού, φθορισμό που διεγείρεται από τα φωτόνια Cherenkov και ραδιοφωταύγεια που δημιουργείται στα cQD. Αυτό αυξάνει το συνολικό οπτικό σήμα και βελτιώνει την ποιότητα της εικόνας και τον λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR) των λαμβανόμενων εικόνων.

Κύριος ερευνητής Τσανγκράν Γκενγκ και οι συνάδελφοι δημιούργησαν το φύλλο cQD χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα cQD με διάμετρο 10 nm και σκληρυνόμενη με υπεριώδη ακτινοβολία κόλλα. Αυτό το μίγμα επιστρώθηκε με περιδίνηση σε ένα υπόστρωμα επικαλυμμένο με πλαστικό φύλλο και στερεοποιήθηκε με μια λάμπα UV. Το πλαστικό υπόστρωμα διασφαλίζει ότι το υλικό σπινθηρισμού δεν έρχεται απευθείας σε επαφή με το δέρμα.

Το προκύπτον φύλλο cQD είχε πάχος 222±5 μm και διάμετρο 15 cm και ήταν αρκετά εύκαμπτο ώστε να προσαρμόζεται στην επιφάνεια του ασθενούς. Η ομάδα σημειώνει ότι το φύλλο cQD είναι σχεδόν διαφανές και δεν εμποδίζει την εκπομπή Cherenkov από τους ιστούς.

Αναφέρουν τα ευρήματά τους σε Ιατρική Φυσική, οι ερευνητές δοκίμασαν αρχικά το φύλλο cQD σε μια πλάκα συμπαγούς νερού καλυμμένη με ένα στρώμα 2 mm από ανοιχτόχρωμο πηλό σε τόνους δέρματος για να μιμηθούν τις οπτικές ιδιότητες του δέρματος. Αξιολόγησαν τη σχέση μεταξύ της οπτικής έντασης και της χορηγούμενης δόσης χρησιμοποιώντας συγκεντρώσεις cQD 0, 0.05 και 0.1 mg/ml, χορηγούμενες δόσεις 100–500 MU και δέσμες 6 και 10 MV. Παρατήρησαν μια γραμμική σχέση μεταξύ της οπτικής έντασης και της δόσης για φωτόνια 6 και 10 MV. Η προσθήκη του φύλλου cQD υπερδιπλασίασε το SNR και στις δύο περιπτώσεις.

Στη συνέχεια, η ομάδα εξέτασε την απόδοση του φύλλου cQD σε ένα ανθρωπόμορφο φάντασμα χρησιμοποιώντας διαφορετικά υλικά ακτινοθεραπείας και διάφορες πηγές φωτός περιβάλλοντος. Η εκπομπή φωτός από την επιφάνεια των διαφόρων υλικών ήταν πάνω από 60% υψηλότερη με το φύλλο cQD από ό,τι χωρίς. Συγκεκριμένα, η μέση οπτική ένταση αυξήθηκε κατά περίπου 69.25%, 63.72% και 61.78% όταν προστέθηκε φύλλο cQD σε βλωμό, δείγμα μάσκας και συνδυασμό βλωμού και μάσκας, αντίστοιχα. Τα αντίστοιχα SNR βελτιώθηκαν κατά περίπου 62.78%, 56.77% και 68.80%.

Υπό το φως του περιβάλλοντος από ένα κόκκινο LED, μέσω του φύλλου μπορούν να ληφθούν οπτικές εικόνες με SNR μεγαλύτερο από 5. Η προσθήκη ενός band-pass φίλτρου αύξησε το SNR κατά περίπου 98.85%.

«Μέσω ενός συνδυασμού φύλλων cQD και αντίστοιχου φίλτρου, η ένταση φωτός και το SNR των οπτικών εικόνων μπορούν να αυξηθούν σημαντικά», γράφουν οι ερευνητές. «Αυτό ρίχνει νέο φως στην προώθηση της κλινικής εφαρμογής της οπτικής απεικόνισης για την οπτικοποίηση της δέσμης στην ακτινοθεραπεία με μια πιο γρήγορη και λιγότερο δαπανηρή διαδικασία λήψης εικόνας».

Απεικόνιση Cherenkov για οπτικοποίηση ακτινοθεραπείας: ένα έτος κλινικής χρήσης

λέει ο Geng Κόσμος Φυσικής ότι η ομάδα συνεχίζει ενεργά την έρευνά της με πολλούς τρόπους. Ένα παράδειγμα είναι η διερεύνηση της απεικόνισης Cherenkov για χρήση με ακτινοθεραπεία με δέσμη ηλεκτρονίων χηλοειδών, καλοήθων ινωδών βλαβών που προκύπτουν από μια ανώμαλη επουλωτική απόκριση.

«Ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ότι η μετεγχειρητική ακτινοθεραπεία με δέσμη ηλεκτρονίων μπορεί να μειώσει τα ποσοστά υποτροπής των χηλοειδών», εξηγεί ο Geng. «Ωστόσο, οι ανακριβείς παραδόσεις συνδέονται συνήθως με τη διακύμανση των παραμέτρων της δέσμης ηλεκτρονίων, καθώς και με τις αβεβαιότητες ρύθμισης ή τις αναπνευστικές κινήσεις του ασθενούς. Αυτά μπορεί να οδηγήσουν σε ανεπαρκή ή υπερβολική δόση στα αταίριαστα παρακείμενα πεδία, προκαλώντας δυνητικά βλάβη ιστού στο φυσιολογικό δέρμα ή υποτροπή χηλοειδούς. Προσπαθούμε να χρησιμοποιήσουμε την τεχνολογία απεικόνισης Cherenkov με φύλλο cQD για να μετρήσουμε την αντιστοίχιση των παρακείμενων πεδίων ακτινοβολίας που παραδίδονται κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας με χηλοειδές ηλεκτρόνιο σε πραγματικό χρόνο».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/