Le dosimètre à rayons X avalable surveille la radiothérapie en temps réel – Physics World

Des chercheurs de Singapour et de Chine ont mis au point un dosimètre à rayons X à avaler de la taille d'une grosse capsule de pilule qui peut surveiller la radiothérapie gastro-intestinale en temps réel. Dans des tests de preuve de concept sur des lapins irradiés, leur prototype s'est avéré environ cinq fois plus précis que les mesures standard actuelles de surveillance de la dose délivrée.

La possibilité de suivre précisément la radiothérapie en temps réel pendant le traitement permettrait d'évaluer la sur place dose de rayonnement absorbée dans les organes limitant la dose tels que l'estomac, le foie, les reins et la moelle épinière. Cela pourrait rendre les radiothérapies plus sûres et plus efficaces, réduisant potentiellement la gravité des effets secondaires. Mesurer la dose délivrée et absorbée pendant la radiothérapie des tumeurs gastro-intestinales est cependant une tâche difficile.

Le nouveau dosimètre, décrit dans Nature Biomedical Engineering, pourrait changer cela. La capsule de 18 x 7 mm contient une fibre optique flexible incrustée de nanoscintillateurs persistants dopés aux lanthanides. Le dispositif ingérable comprend également un film de polyaniline sensible au pH, un module fluidique pour l'échantillonnage dynamique du liquide gastrique, des capteurs de dose et de pH, un microcontrôleur intégré et une batterie à l'oxyde d'argent pour alimenter la capsule.

Les premiers auteurs Bo Hou et Luying Yi du université nationale de Singapour et les co-chercheurs expliquent que les nanoscintillateurs génèrent de la radioluminescence en présence de rayonnement X, qui se propage aux extrémités de la fibre par réflexion interne totale. Le capteur de dose mesure ce signal lumineux pour déterminer le rayonnement délivré à la zone ciblée.

En plus de la dosimétrie des rayons X, la capsule mesure également les changements physiologiques de pH et de température pendant le traitement. Le film de polyalinine change de couleur en fonction du pH du liquide gastrique dans le module fluidique ; le pH est ensuite mesuré par le rapport de contraste de couleur du capteur de pH, qui analyse la lumière après son passage à travers le film. De plus, la rémanence des nanoscintillateurs après irradiation peut être utilisée comme source de lumière autonome pour surveiller en continu les changements de pH dynamiques pendant plusieurs heures sans nécessiter d'excitation externe. Les chercheurs soulignent que cette capacité n'est pas encore disponible avec les capsules de pH existantes.

Les signaux photoélectriques des deux capteurs sont traités par un circuit de détection intégré qui transmet sans fil les informations à une application de téléphonie mobile. Une fois activée, l'application peut recevoir les données de la capsule en temps réel via la transmission Bluetooth. Des données telles que la dose de rayonnement absorbée, ainsi que la température et le pH des tissus, peuvent être affichées graphiquement, stockées localement ou téléchargées sur des serveurs cloud pour un stockage permanent et une diffusion des données.

Antérieurement à in vivo tests, les chercheurs ont évalué la dose-réponse des nanoscintillateurs. Ils ont utilisé un modèle de régression basé sur un réseau neuronal pour estimer la dose de rayonnement à partir des données de radioluminescence, de rémanence et de température. Ils ont développé le modèle en utilisant plus de 3000 points de données enregistrés tout en exposant la capsule aux rayons X à des débits de dose de 1 à 16.68 mGy/min et à des températures de 32 à 46℃.

L'équipe a découvert que les intensités de radioluminescence et de rémanence sont directement proportionnelles aux variations de dose, ce qui suggère que la combinaison des deux conduira à des estimations plus précises de la dose absorbée.

Ensuite, les chercheurs ont validé les performances du dosimètre chez trois lapins adultes anesthésiés. Après l'insertion chirurgicale d'une capsule dans l'estomac de chaque animal, ils ont effectué des tomodensitogrammes pour identifier la position et l'angle précis de la capsule. Ils ont ensuite irradié chaque animal plusieurs fois sur une période de 10 heures en utilisant un débit de dose de rayons X progressif.

"Notre dosimètre sans fil a déterminé avec précision la dose de rayonnement dans l'estomac, ainsi que les changements infimes de pH et de température, en temps réel", rapporte l'équipe. "La capsule insérée dans la cavité gastro-intestinale était capable de détecter rapidement les changements de pH et de température à proximité des organes irradiés."

Une minuscule capsule ingérable aide à traiter les troubles gastro-intestinaux

Avant que la capsule dosimétrique puisse être testée cliniquement, un système de positionnement doit être développé pour la placer et l'ancrer au site cible après avoir été avalée. Un étalonnage meilleur et plus précis de la conversion du signal optique en dose absorbée est également nécessaire avant l'évaluation clinique.

Le potentiel du nouveau dosimètre s'étend au-delà des applications gastro-intestinales. Les chercheurs envisagent son utilisation pour le suivi des doses de la curiethérapie du cancer de la prostate, par exemple à l'aide d'une capsule ancrée dans le rectum. Des mesures en temps réel de la dose absorbée dans les tumeurs nasopharyngées ou cérébrales peuvent également être réalisables si une capsule de plus petite taille peut être placée dans la cavité nasale supérieure.

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