Peindre avec des protons : des faisceaux de traitement recréent des œuvres d’art – Physics World

Peindre avec des protons : des faisceaux de traitement recréent des œuvres d’art – Physics World

Horodatage: 27 septembre 2023 4:30 AM

Des faisceaux de protons recréent des œuvres d'art
Peintures à protons L’œuvre d’art originale et les « peintures » recréées en lavis de couleur isodose et en lavis de couleur dose pour Girl with a Pearl Earring de Johannes Vermeer (rangée du haut), La nuit étoilée de Vincent van Gogh (rangée du milieu) et Le cri par Edvard Munch (rangée du bas). (Courtoisie: Dosimétrie médicale 10.1016/j.meddos.2023.08.006)

La protonthérapie à intensité modulée (IMPT) est une technique avancée de traitement du cancer qui utilise des faisceaux de protons étroits en forme de crayon – peints point par point et couche par couche chez le patient – ​​pour délivrer un rayonnement selon des schémas de dose très complexes. Associé à des techniques sophistiquées de planification de traitement, IMPT peut adapter la dose de protons à la tumeur ciblée avec une précision sans précédent, maximisant ainsi la destruction des cellules cancéreuses tout en minimisant les dommages aux tissus sains voisins.

Cherchant à démontrer la puissance impressionnante de l'IMPT pour créer des distributions de doses complexes, le physicien médical Lee Xu du Centre de protons de New York a proposé une approche inhabituelle : il a utilisé des faisceaux de crayons de protons pour recréer une série de peintures bien connues comme plans de traitement, utilisant efficacement les protons comme pinceau.

« Lorsque je suis entré dans ce domaine pour la première fois, je me souviens avoir regardé des plans de traitement et avoir été étonné de voir à quel point ils étaient beaux. Pour moi, elles ressemblaient vraiment à des œuvres d'art », raconte Xu. Monde de la physique. « En passant de plus en plus de temps à observer la planification du traitement, j’ai réalisé à quel point les dosimétristes étaient semblables aux artistes. La seule différence en réalité résidait dans le support utilisé et la toile sur laquelle ils appliquaient le support.

Xu a choisi cinq tableaux bien connus – Girl with a Pearl Earring de Johannes Vermeer, La nuit étoilée de Vincent van Gogh, Le cri par Edvard Munch, Composition avec rouge, bleu et jaune par Piet Mondrian, et Le fils de l'homme par René Magritte – à recréer dans le système de planification de traitement Eclipse v16.1, en partageant les images résultantes dans Dosimétrie médicale.

Pour générer chaque « peinture », le système de planification a utilisé des protons cliniques avec des énergies de 70 à 250 MeV pour déposer de la « peinture » (dose de rayonnement) sur une « toile » (un fantôme d'eau), avec une prescription totale de 100 Gy en 50 fractions. . Chaque plan de traitement employait entre un et six champs de protons dirigés sur le devant de la toile, l'isocentre étant placé à une profondeur de 10 cm.

Le processus commence de la même manière qu'une œuvre d'art traditionnelle : en créant une esquisse préliminaire sur la toile pour déterminer la disposition globale, dans ce cas en utilisant l'outil Pinceau 2D dans l'espace de travail de contour d'Eclipse. Ensuite, les éléments clés tels que le ciel et le sol sont délimités sous forme de contours et divisés en structures distinctes pour représenter différentes couleurs, tons et textures. Dans certains cas, Xu a utilisé une subdivision finale en structures encore plus petites (jusqu'à 65 pour la peinture la plus complexe) pour refléter des détails plus complexes.

Xu a attribué différentes couleurs à différents niveaux d'isodose compris entre 0 et 100 Gy à des intervalles d'environ 300 cGy. Il a ensuite optimisé les plans de traitement pour déposer des doses dans la toile permettant d'obtenir la couleur souhaitée dans chaque région. Xu note que la distribution finale de la dose a été calculée à l'aide du même algorithme de convolution-superposition de protons utilisé dans sa clinique.

«Après m'être familiarisé avec la protonthérapie par balayage par faisceau de crayon, j'ai réalisé que les possibilités de peinture de dose à l'aide de protons étaient presque illimitées», explique Xu. «Je voulais vraiment voir jusqu'où je pouvais aller, et quelle meilleure façon que de recréer certaines de mes peintures préférées à l'aide de faisceaux de protons. Même si j'ai cette idée depuis près de cinq ans maintenant, ce n'est que récemment que j'ai eu le temps et la patience de la concrétiser.

Les reconstitutions finales présentaient une ressemblance marquée avec les œuvres d'art originales avec une résolution suffisante pour élucider les moindres détails. Xu note que chaque peinture est en fait une œuvre d'art en trois dimensions et peut être vue à plusieurs profondeurs dans le fantôme de l'eau.

En plus d'être une démonstration impressionnante de technologie médicale de pointe, les peintures remplissent une fonction supplémentaire. Xu envisage qu'ils pourraient servir d'outil pédagogique, pour aider les patients sous traitement à comprendre les principes généraux de la protonthérapie, ou même pour aider les étudiants en médecine et en physique médicale à mieux comprendre la physique des protons et la dosimétrie en utilisant une série de peintures annotées.

"J'espère que cet article montre le chemin parcouru depuis l'époque de la planification 2D et comment la technologie moderne nous a permis de fournir des soins hautement ciblés et spécifiques à chaque patient", ajoute Xu. « J'espère également que ce travail nous rappellera à nous tous, dans les domaines de la radio-oncologie et de la physique médicale, que même si nous nous considérons souvent comme des scientifiques ou des cliniciens, au fond, nous sommes aussi des artistes ; et sans l'art, notre domaine ne serait pas le même.

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