Dosímetro de rayos X tragable monitorea la radioterapia en tiempo real – Physics World

Investigadores de Singapur y China han desarrollado un dosímetro de rayos X tragable del tamaño de una cápsula de píldora grande que puede monitorear la radioterapia gastrointestinal en tiempo real. En las pruebas de prueba de concepto en conejos irradiados, su prototipo demostró ser aproximadamente cinco veces más preciso que las medidas estándar actuales para monitorear la dosis administrada.

La capacidad de monitorear con precisión la radioterapia en tiempo real durante el tratamiento permitiría evaluar la in situ dosis de radiación absorbida en órganos que limitan la dosis, como el estómago, el hígado, los riñones y la médula espinal. Esto podría hacer que los tratamientos de radiación sean más seguros y efectivos, reduciendo potencialmente la gravedad de los efectos secundarios. Sin embargo, medir la dosis administrada y absorbida durante la radioterapia de tumores gastrointestinales es una tarea difícil.

El nuevo dosímetro, descrito en Naturaleza Ingeniería Biomédica, podría cambiar esto. La cápsula de 18 x 7 mm contiene una fibra óptica flexible incrustada con nanocentelleadores persistentes dopados con lantánidos. El dispositivo ingerible también incorpora una película de polianilina sensible al pH, un módulo fluídico para el muestreo dinámico de fluidos gástricos, sensores de dosis y pH, un microcontrolador integrado y una batería de óxido de plata para alimentar la cápsula.

Primeros autores Bo Hou y Luying Yi de la Universidad Nacional de Singapur y los coinvestigadores explican que los nanocentelleadores generan radioluminiscencia en presencia de radiación de rayos X, que se propaga hasta los extremos de la fibra a través de la reflexión interna total. El sensor de dosis mide esta señal de luz para determinar la radiación entregada al área objetivo.

Además de la dosimetría de rayos X, la cápsula también mide los cambios fisiológicos en el pH y la temperatura durante el tratamiento. La película de polialinina cambia de color según el pH del fluido gástrico en el módulo fluídico; Luego, el pH se mide mediante la relación de contraste de color del sensor de pH, que analiza la luz después de que pasa a través de la película. Además, el resplandor residual de los nanocentelleadores después de la irradiación se puede utilizar como fuente de luz autosuficiente para monitorear continuamente los cambios dinámicos de pH durante varias horas sin necesidad de excitación externa. Los investigadores señalan que esta capacidad aún no está disponible con las cápsulas de pH existentes.

Las señales fotoeléctricas de los dos sensores son procesadas por un circuito de detección integrado que transmite información de forma inalámbrica a una aplicación de teléfono móvil. Una vez activada, la aplicación puede recibir datos de la cápsula en tiempo real a través de la transmisión por Bluetooth. Los datos como la dosis de radiación absorbida y la temperatura y el pH de los tejidos pueden mostrarse gráficamente, almacenarse localmente o cargarse en servidores en la nube para el almacenamiento permanente y la difusión de datos.

Antes de in vivo En las pruebas, los investigadores evaluaron la respuesta a la dosis de los nanocentelleadores. Utilizaron un modelo de regresión basado en redes neuronales para estimar la dosis de radiación a partir de los datos de radioluminiscencia, resplandor residual y temperatura. Desarrollaron el modelo utilizando más de 3000 puntos de datos registrados mientras exponían la cápsula a rayos X a tasas de dosis de 1 a 16.68 mGy/min y temperaturas de 32 a 46 ℃.

El equipo descubrió que tanto la intensidad de la radioluminiscencia como la del resplandor son directamente proporcionales a las variaciones de la dosis, lo que sugiere que la combinación de las dos conducirá a estimaciones más precisas de la dosis absorbida.

A continuación, los investigadores validaron el rendimiento del dosímetro en tres conejos adultos anestesiados. Después de la inserción quirúrgica de una cápsula en el estómago de cada animal, realizaron tomografías computarizadas para identificar la posición y el ángulo precisos de la cápsula. A continuación, irradiaron a cada animal varias veces durante un período de tiempo de 10 h utilizando una tasa de dosis de rayos X progresiva.

“Nuestro dosímetro inalámbrico determinó con precisión la dosis de radiación en el estómago, así como cambios mínimos en el pH y la temperatura, en tiempo real”, informa el equipo. “La cápsula insertada en la cavidad gastrointestinal fue capaz de detectar rápidamente cambios en el pH y la temperatura cerca de los órganos irradiados”.

Diminuta cápsula ingerible ayuda a tratar trastornos gastrointestinales

Antes de que la cápsula del dosímetro pueda someterse a pruebas clínicas, es necesario desarrollar un sistema de posicionamiento para colocarla y anclarla en el sitio objetivo después de tragarla. También se necesita una calibración mejor y más precisa de la conversión de señal óptica en dosis absorbida antes de la evaluación clínica.

El potencial del nuevo dosímetro se extiende más allá de las aplicaciones gastrointestinales. Los investigadores prevén su uso para el control de la dosis de braquiterapia para el cáncer de próstata, por ejemplo, utilizando una cápsula anclada en el recto. Las mediciones en tiempo real de la dosis absorbida en tumores nasofaríngeos o cerebrales también pueden ser factibles si se puede colocar una cápsula de menor tamaño en la cavidad nasal superior.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/swallowable-x-ray-dosimeter-monitors-radiotherapy-in-real-time/