Une feuille de points quantiques améliore l'imagerie Cherenkov de la dose de radiothérapie

L'imagerie Cherenkov permet la visualisation en temps réel des faisceaux de rayonnement sur le corps d'un patient et fournit un moyen d'évaluer la précision de l'administration de la radiothérapie. Des chercheurs en Chine ont maintenant développé un moyen d'améliorer la qualité des images Cherenkov en utilisant une feuille flexible et non toxique de points quantiques de carbone (cQD) attachée au patient.

La lumière Cherenkov est produite lorsque des particules chargées se déplacent à une vitesse supérieure à la vitesse de phase de la lumière dans les tissus. L'intensité du signal est proportionnelle à la dose de rayonnement délivrée, révélant la dose précise délivrée pendant le traitement. La technique d'imagerie optique offre une résolution spatiale élevée, une sensibilité élevée et une vitesse d'imagerie rapide par rapport aux méthodes conventionnelles de mesure de la dose de rayonnement.

L'intensité de l'émission Cherenkov est cependant faible et les photons émis sont diffusés et absorbés par les tissus. Pour cette raison, les caméras standard à dispositif à couplage de charge (CCD) ont du mal à capter le signal. Au lieu de cela, des caméras CMOS/CCD intensifiées plus chères sont utilisées.

Les cQD ont des spectres d'absorption qui se chevauchent avec les spectres d'émission Cherenkov ; ils émettent alors une luminescence à des longueurs d'onde plus longues. La feuille cQD, développée et testée au Département des sciences et technologies nucléaires de Université d'aéronautique et d'astronautique de Nanjing, peut donc être utilisé pour décaler l'émission Cherenkov pour correspondre à la longueur d'onde optimale de la région de détection sensible d'une caméra CCD.

Avec la feuille cQD en place, l'émission optique est composée de photons Cherenkov générés dans la surface superficielle du tissu, de la fluorescence excitée par les photons Cherenkov et de la radioluminescence générée dans les cQD. Cela augmente le signal optique total et améliore la qualité d'image et le rapport signal sur bruit (SNR) des images acquises.

Chercheur principal Changran Geng et ses collègues ont créé la feuille cQD à l'aide d'une solution de cQD de 10 nm de diamètre et d'un adhésif durcissable aux UV. Ce mélange a été enduit par centrifugation sur un substrat recouvert d'une feuille de plastique et solidifié avec une lampe UV. Le substrat en plastique garantit que le matériau de scintillation n'entre pas directement en contact avec la peau.

La feuille cQD résultante avait une épaisseur de 222 ± 5 µm et un diamètre de 15 cm, et était suffisamment flexible pour se conformer à la surface du patient. L'équipe note que la feuille cQD est presque transparente et ne bloque pas l'émission Cherenkov des tissus.

Rapportant leurs découvertes dans Physique médicale, les chercheurs ont d'abord testé la feuille cQD sur une dalle d'eau solide recouverte d'une couche de 2 mm d'argile de couleur chair claire pour imiter les propriétés optiques de la peau. Ils ont évalué la relation entre l'intensité optique et la dose délivrée en utilisant des concentrations de cQD de 0, 0.05 et 0.1 mg/ml, des doses délivrées de 100 à 500 MU et des faisceaux de 6 et 10 MV. Ils ont observé une relation linéaire entre l'intensité optique et la dose pour les photons de 6 et 10 MV. L'ajout de la feuille cQD a plus que doublé le SNR dans les deux cas.

L'équipe a ensuite examiné les performances de la feuille cQD sur un fantôme anthropomorphe en utilisant différents matériaux de radiothérapie et diverses sources de lumière ambiante. L'émission lumineuse de la surface des différents matériaux était plus de 60 % plus élevée avec les feuilles cQD que sans. Plus précisément, l'intensité optique moyenne a augmenté d'environ 69.25 %, 63.72 % et 61.78 % lors de l'ajout de feuilles cQD au bolus, à l'échantillon de masque et à une combinaison de bolus et de masque, respectivement. Les SNR correspondants se sont améliorés d'environ 62.78 %, 56.77 % et 68.80 %.

Sous la lumière ambiante d'une LED rouge, des images optiques avec un SNR supérieur à 5 pourraient être obtenues à travers la feuille. L'ajout d'un filtre passe-bande a augmenté le SNR d'environ 98.85 %.

"Grâce à une combinaison de feuilles cQD et de filtres correspondants, l'intensité lumineuse et le SNR des images optiques peuvent être augmentés de manière significative", écrivent les chercheurs. "Cela jette un nouvel éclairage sur la promotion de l'application clinique de l'imagerie optique pour visualiser le faisceau en radiothérapie avec un processus d'acquisition d'images plus rapide et moins coûteux."

Imagerie Cherenkov pour visualiser la radiothérapie : un an d'utilisation clinique

Geng raconte Monde de la physique que l'équipe poursuit activement ses recherches à bien des égards. Un exemple est l'étude de l'imagerie Cherenkov pour une utilisation avec la radiothérapie par faisceau d'électrons des chéloïdes, des lésions fibreuses bénignes résultant d'une réponse de guérison anormale.

"Certaines études ont indiqué que la radiothérapie post-opératoire par faisceau d'électrons peut réduire les taux de récidive chéloïde", explique Geng. "Cependant, des livraisons inexactes sont généralement associées à la variation des paramètres du faisceau d'électrons, ainsi qu'aux incertitudes de configuration ou aux mouvements respiratoires du patient. Ceux-ci peuvent conduire à une dose insuffisante ou excessive dans les champs adjacents incompatibles, pouvant causer des lésions tissulaires à la peau normale ou une récidive chéloïde. Nous essayons d'utiliser la technologie d'imagerie Cherenkov avec des feuilles cQD pour mesurer la correspondance des champs de rayonnement adjacents délivrés pendant la radiothérapie électronique chéloïde en temps réel.

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• La source: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/