Värierotteinen Cherenkov-kuvaus parantaa sädehoidon annosseurannan tarkkuutta

Tšerenkovin kuvantaminen sädehoidon aikana mahdollistaa säteilysäteiden reaaliaikaisen visualisoinnin ja kartoituksen niiden luovuttaessa annosta potilaan kehoon, mikä mahdollistaa hoidon antamisen tarkkuuden arvioinnin reaaliajassa. Sitä testataan myös laajasti tutkimuslaboratorioissa maailmanlaajuisesti, jotta voidaan määrittää potilaille todelliset säteilyannokset tavalla, johon ihon väri ei vaikuta.

Optisen kuvantamistekniikan edut ovat korkea spatiaalinen resoluutio, korkea herkkyys ja nopea kuvausnopeus verrattuna perinteisiin säteilyannoksen mittausmenetelmiin. Mutta haasteita on vielä voitettava ennen kuin kaikki sen ominaisuudet voidaan ottaa käyttöön kliiniseen käyttöön.

Cherenkov-säteilyä syntyy, kun varautuneet hiukkaset kulkevat nopeudella, joka on suurempi kuin valon vaihenopeus kudoksessa. Signaalin intensiteetti on verrannollinen annettuun säteilyannokseen ja ilmaisee ihanteellisessa tilanteessa tarkasti sädehoitohoidon aikana annetun annoksen.

Todellisuudessa kudosvaimennus kuitenkin vähentää emittoidun Tšerenkovin säteilyn intensiteettiä ja muuttaa lineaarista suhdetta lasketun annoksen ja havaitun Tšerenkov-emission välillä. Tästä johtuen Tšerenkovin signaali ihmiskudoksesta ei ole vielä tarkasti tulkittavissa täysin annokseen verrannolliseksi.

Tutkijat Dartmouth College ja University of Wisconsin-Madison Pyritään tekemään Cherenkov-kuvauksesta luotettava säteilyannoksen indikaattori. Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa Journal of Biomedical Optics, he käyttivät mukautettua, aikaportitettua kolmikanavaista tehostettua kameraa kuvaamaan eri kudosfantomien Tšerenkovin säteilyn punaisia, vihreitä ja sinisiä aallonpituuksia. He olettavat, että Tšerenkovin emission intensiteetti muuttuu biologisten absorptioominaisuuksien, kuten veren pitoisuuden kudoksessa ja melaniinipitoisuuden ihmisen ihossa, ja pigmenttitasot vaihtelevat.

"Kudokseen imeytyminen ja sironta voivat aiheuttaa suurta vaihtelua potilaiden välillä havaituissa Cherenkov-emissioissa", selittää päätutkija. Brian Pogue, Wisconsin-Madisonin yliopiston lääketieteen ja kansanterveyskoulu ja Dartmouthin Thayerin tekniikan korkeakoulu. "Tiedämme, että ihon värin vaihtelut voivat muuttaa signaalin tasoa jopa 90 % ja muutokset veressä tai sirontasisällössä voivat aiheuttaa signaalin vaihtelua jopa 20 %."

"Teimme tutkimuksemme ymmärtääksemme paremmin, kuinka kudoksen optiset ominaisuudet vaikuttavat Tšerenkovin valon emissioväreihin, ja alkaaksemme tunnistaa tapoja käyttää valon spektriä kudosten vaimennusvaikutusten kalibrointiin tai korjaamiseen", hän selittää.

Tutkimusta varten Pogue ja kollegat valmistivat kudos- ja verifantomeja, joilla oli vaihtelevia melaniinitasoja ja veren tilavuutta. He loivat synteettisiä 0.1 mm:n paksuisia epidermaalisia kerroksia, jotka sisälsivät seitsemän erilaista synteettistä melaniinipitoisuutta, jotka vastaavat ihmisen ihon pitoisuuksia, ja asettivat nämä kerrokset paksujen kudosfantomien päälle. Tutkijat testasivat myös seitsemän verifantomia, joiden pitoisuudet veressä vaihtelivat rasvakudoksesta erittäin verisuonituneeseen lihaskudokseen.

Tutkijat säteilyttivät fantomit 3 Gy:n annoksella käyttämällä 6 MV fotoni- ja 6 MeV elektronisäteitä ja hankkivat kuvia jokaisesta värikanavasta. Hankinnat ajoitettiin linacille, jotta Tšerenkovin emissio saadaan taltioitua vain mikrosekunnin säteilypulssien aikana ilman taustavaloa. He huomauttavat, että molemmilla säteillä ei havaittu Cherenkov-emissiota melaniinille yli 0.0076 mg/ml (keskikorkea taso).

Ryhmä raportoi, että Tšerenkovin emissio haamuista väheni melaniinipitoisuuden noustessa. Äärimmäisen korkeat melaniinitasot vähensivät merkittävästi Tšerenkovin emissiota, mikä teki haastavimman kuvantamisen suorittamisesta henkilöille, joilla on tummimman ihonsävy.

Värit vaikuttivat myös verifantomien kuvaamiseen, ja heikentyivät enemmän veren pitoisuuden noustessa. Punainen kanava heikkeni vähemmän kuin sininen ja vihreä kanava, koska veren oksihemoglobiini imeytyi siniseen ja vihreään. "Nämä havainnot viittaavat siihen, että kuvantaminen punaisella ja lähi-infrapuna-aallonpituuksilla on parempi", Pogue kommentoi. "Lisäksi kunkin värinauhan vaimennuksen määrittäminen helpottaa ihon värin kalibrointia."

"Löydöksemme tukevat ajatusta, että Tšerenkovin väri- tai spektrikuvaus voisi tarjota kokeellisen menetelmän intensiteetin biologisen vaimennuksen erottamiseksi Tšerenkovin fyysisestä muodostumisesta annoslaskeumalla. Tavoitteena olisi ihannetapauksessa käyttää Tšerenkovin intensiteettiä kudoksessa toimitetun annoksen indikaattorina, riippumatta sen sisällä olevasta veritilavuudesta tai ihon väristä värinkorjauksen avulla”, tutkijat kirjoittavat.

Cherenkov-kuvantaminen sädehoidon visualisointiin: yksi vuosi kliinistä käyttöä

Tiimi on aloittanut kliinisen tutkimuksen yhteistyökumppaneiden kanssa osoitteessa Moffittin syöpäkeskus, jotta voidaan kuvata potilaita, joilla on suurempi valikoima ihonvärivaihteluita, ja toivoo laajentavansa tutkimusta UWHealth Madisonissa "Tämän avulla voimme testata tämän tyyppistä kuvantamista potilailla, jotka edustavat paremmin normaalia syöpäpotilaspopulaatiota", Pogue kertoo. Fysiikan maailma. "Haluamme todella ymmärtää paremmin, miltä kuvat näyttävät, ja voimmeko luottaa Tšerenkovin kuvantamiseen, joka näyttää meille säteilykuvion kaikille potilaille heidän ihonväristään riippumatta."

"Toistaiseksi tiedot näyttävät rohkaisevilta", hän lisää. ”Koska ihon melaniinipitoisuuden kasvaessa säteilee vähemmän valoa, käytämme myös värikuvausta korjaamaan tätä. Toivomme, että voimme tehdä järjestelmästä pitkälti riippumattoman ihonväristä. Uskomme, että spektroskooppinen tulkinta voi auttaa yhdistämään Tšerenkovin emission paremmin sädehoidon aikana annettuun ionisoivaan säteilyannokseen.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/colour-resolved-cherenkov-imaging-improves-the-accuracy-of-radiotherapy-dose-monitoring/