Kvanttipisteiden arkki parantaa Tšerenkovin sädehoitoannoksen kuvantamista

Cherenkov-kuvantaminen mahdollistaa potilaan kehon säteilysäteiden reaaliaikaisen visualisoinnin ja keinon arvioida sädehoidon antamisen tarkkuutta. Kiinalaiset tutkijat ovat nyt kehittäneet tavan parantaa Cherenkov-kuvien laatua käyttämällä joustavaa, myrkytöntä hiilikvanttipisteiden (cQD) levyä, joka on kiinnitetty potilaaseen.

Cherenkov-valoa syntyy, kun varautuneet hiukkaset kulkevat nopeudella, joka on suurempi kuin valon vaihenopeus kudoksessa. Signaalin voimakkuus on verrannollinen annettuun säteilyannokseen, mikä paljastaa tarkan annoksen, joka annetaan hoidon aikana. Optinen kuvantamistekniikka tarjoaa korkean avaruudellisen resoluution, korkean herkkyyden ja nopean kuvantamisnopeuden verrattuna perinteisiin säteilyannosmittausmenetelmiin.

Tšerenkovin emission intensiteetti on kuitenkin alhainen, ja emittoidut fotonit siroavat ja absorboivat kudoksia. Tämän vuoksi tavallisilla latauskytkettyjen laitteiden kameroilla (CCD) on vaikeuksia kerätä signaalia. Sen sijaan käytetään kalliimpia tehostettuja CMOS/CCD-kameroita.

cQD:illä on absorptiospektrit, jotka menevät päällekkäin Tšerenkovin emissiospektrien kanssa; ne lähettävät sitten luminesenssia pitemmillä aallonpituuksilla. cQD-kalvo, joka on kehitetty ja testattu ydintieteen ja teknologian laitoksella Nanjingin ilmailu- ja tähtitieteellinen yliopisto, voidaan siksi käyttää siirtämään Cherenkov-emissio vastaamaan CCD-kameran herkän tunnistusalueen optimaalista aallonpituutta.

Kun cQD-kalvo on paikallaan, optinen emissio koostuu Tšerenkovin fotoneista, jotka syntyvät kudoksen pinnalla, Tšerenkovin fotonien virittämästä fluoresenssista ja cQD:issä syntyvästä radioluminesenssista. Tämä lisää optista kokonaissignaalia ja parantaa otettujen kuvien kuvanlaatua ja signaali-kohinasuhdetta (SNR).

Päätutkija Changran Geng ja kollegat loivat cQD-kalvon käyttämällä halkaisijaltaan 10 nm:n cQD-liuosta ja UV-kovettuvaa liimaa. Tämä seos spin-pinnoitettiin alustalle, joka oli päällystetty muovikalvolla ja kiinteytettiin UV-lampulla. Muovisubstraatti varmistaa, että tuikemateriaali ei kosketa suoraan ihoa.

Tuloksena olevan cQD-kalvon paksuus oli 222 ± 5 um ja halkaisija 15 cm, ja se oli riittävän joustava mukautumaan potilaan pintaan. Tiimi huomauttaa, että cQD-kalvo on melkein läpinäkyvä eikä estä Cherenkov-päästöjä kudoksista.

Raportoivat löydöstään Lääketieteellinen fysiikka, tutkijat testasivat aluksi cQD-kalvoa kiinteällä vesilevyllä, joka oli peitetty 2 mm:n kerroksella vaaleaa ihonväristä savea jäljittelemään ihon optisia ominaisuuksia. He arvioivat optisen intensiteetin ja toimitetun annoksen välistä suhdetta käyttämällä cQD-pitoisuuksia 0, 0.05 ja 0.1 mg/ml, toimitettuja annoksia 100–500 MU sekä 6 ja 10 MV-säteitä. He havaitsivat lineaarisen suhteen optisen intensiteetin ja annoksen välillä sekä 6 että 10 MV fotonille. cQD-levyn lisääminen yli kaksinkertaisti SNR:n molemmissa tapauksissa.

Tämän jälkeen ryhmä tutki cQD-kalvon suorituskykyä antropomorfisessa fantomissa käyttämällä erilaisia ​​sädehoitomateriaaleja ja erilaisia ​​ympäristön valonlähteitä. Valoemissio eri materiaalien pinnalta oli yli 60 % suurempi cQD-kalvolla kuin ilman. Tarkemmin sanottuna keskimääräinen optinen intensiteetti kasvoi noin 69.25 %, 63.72 % ja 61.78 %, kun cQD-kalvo lisättiin bolukseen, maskinäytteeseen ja boluksen ja maskin yhdistelmään, vastaavasti. Vastaavat SNR:t paranivat noin 62.78 %, 56.77 % ja 68.80 %.

Ympäröivässä punaisessa LED-valossa voitiin saada optisia kuvia, joiden SNR oli yli 5. Kaistanpäästösuodattimen lisääminen lisäsi SNR:ää noin 98.85 %.

"CQD-kalvon ja vastaavan suodattimen yhdistelmällä optisten kuvien valon voimakkuutta ja SNR:ää voidaan lisätä merkittävästi", tutkijat kirjoittavat. "Tämä tuo uutta valoa optisen kuvantamisen kliinisen käytön edistämiseen säteen visualisoimiseksi sädehoidossa nopeammalla ja halvemmalla kuvanottoprosessilla."

Cherenkov-kuvantaminen sädehoidon visualisointiin: yksi vuosi kliinistä käyttöä

Geng kertoo Fysiikan maailma että tiimi jatkaa aktiivisesti tutkimustaan ​​monin tavoin. Yksi esimerkki on Cherenkov-kuvantamisen tutkiminen käytettäväksi keloidien, hyvänlaatuisten kuituvaurioiden, elektronisädehoidon kanssa, jotka johtuvat epänormaalista paranemisvasteesta.

"Jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että leikkauksen jälkeinen elektronisädehoito voi vähentää keloidien uusiutumista", Geng selittää. ”Epätarkat toimitukset liittyvät kuitenkin yleensä elektronisuihkuparametrien vaihteluun sekä potilaan asetusten epävarmuuksiin tai hengitysliikkeisiin. Nämä voivat johtaa riittämättömään tai liialliseen annokseen yhteensopimattomissa vierekkäisissä kentissä, mikä voi aiheuttaa kudosvaurioita normaalille iholle tai keloidin uusiutumista. Yritämme käyttää Cherenkov-kuvaustekniikkaa cQD-kalvolla mitataksemme reaaliajassa keloidielektronihoidon aikana lähetettyjen vierekkäisten säteilykenttien yhteensopivuutta.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/