क्वांटम डॉट्स की एक शीट रेडियोथेरेपी खुराक के चेरेंकोव इमेजिंग को बढ़ाती है

चेरेंकोव इमेजिंग एक रोगी के शरीर पर विकिरण बीम के वास्तविक समय के दृश्य को सक्षम बनाता है और रेडियोथेरेपी वितरण की सटीकता का मूल्यांकन करने का एक साधन प्रदान करता है। चीन के शोधकर्ताओं ने अब रोगी से जुड़ी कार्बन क्वांटम डॉट्स (cQDs) की एक लचीली, गैर विषैले शीट का उपयोग करके चेरेंकोव छवियों की गुणवत्ता में सुधार करने का एक तरीका विकसित किया है।

चेरेंकोव प्रकाश तब उत्पन्न होता है जब आवेशित कण ऊतक में प्रकाश के चरण वेग से अधिक गति से यात्रा करते हैं। सिग्नल की तीव्रता वितरित विकिरण खुराक के समानुपाती होती है, जिससे उपचार के दौरान दी जाने वाली सटीक खुराक का पता चलता है। ऑप्टिकल इमेजिंग तकनीक विकिरण खुराक माप के पारंपरिक तरीकों की तुलना में उच्च स्थानिक संकल्प, उच्च संवेदनशीलता और तेज इमेजिंग गति प्रदान करती है।

हालांकि, चेरेंकोव उत्सर्जन की तीव्रता कम है, और उत्सर्जित फोटोन ऊतक द्वारा बिखरे और अवशोषित होते हैं। इस वजह से, मानक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) कैमरों को सिग्नल एकत्र करने में कठिनाई होती है। इसके बजाय, अधिक महंगे तीव्र सीएमओएस/सीसीडी कैमरों का उपयोग किया जा रहा है।

CQDs में अवशोषण स्पेक्ट्रा है जो चेरेंकोव उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के साथ ओवरलैप करता है; वे तब लंबी तरंग दैर्ध्य पर ल्यूमिनेसेंस का उत्सर्जन करते हैं। cQD शीटिंग, परमाणु विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग में विकसित और परीक्षण की गई एयरोनॉटिक्स और एस्ट्रोनॉटिक्स के नानजिंग विश्वविद्यालय, इसलिए सीसीडी कैमरे के संवेदनशील पहचान क्षेत्र के इष्टतम तरंगदैर्ध्य से मिलान करने के लिए चेरेंकोव उत्सर्जन को स्थानांतरित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

जगह में cQD शीटिंग के साथ, ऑप्टिकल उत्सर्जन ऊतक की सतही सतह में उत्पन्न चेरेंकोव फोटॉनों से बना होता है, चेरेंकोव फोटॉनों द्वारा उत्तेजित प्रतिदीप्ति, और cQDs में उत्पन्न रेडिओल्यूमिनेसेंस। यह कुल ऑप्टिकल सिग्नल को बढ़ाता है और अधिग्रहीत छवियों की छवि गुणवत्ता और सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एसएनआर) में सुधार करता है।

मुख्य जाँचकर्ता चांगरान गेंग और सहकर्मियों ने 10 एनएम-व्यास वाले cQDs और यूवी-क्यूरेबल एडहेसिव के समाधान का उपयोग करके cQD शीटिंग बनाई। यह मिश्रण प्लास्टिक शीटिंग के साथ लेपित एक सब्सट्रेट पर स्पिन-लेपित था और एक यूवी लैंप के साथ जम गया था। प्लास्टिक सब्सट्रेट सुनिश्चित करता है कि जगमगाहट सामग्री सीधे त्वचा से संपर्क नहीं करती है।

परिणामी cQD शीटिंग की मोटाई 222±5 µm और व्यास 15 सेमी था, और रोगी की सतह के अनुरूप पर्याप्त लचीला था। टीम ने नोट किया कि cQD शीटिंग लगभग पारदर्शी है और ऊतकों से चेरेंकोव उत्सर्जन को अवरुद्ध नहीं करती है।

में उनके निष्कर्षों की रिपोर्ट करना चिकित्सा भौतिकी, शोधकर्ताओं ने शुरू में त्वचा के ऑप्टिकल गुणों की नकल करने के लिए हल्के रंग की त्वचा-टोंड मिट्टी की 2 मिमी परत से ढके ठोस पानी के स्लैब पर cQD शीटिंग का परीक्षण किया। उन्होंने 0, 0.05 और 0.1 मिलीग्राम/मिलीलीटर की cQD सांद्रता, 100-500 MU, और 6 और 10 MV बीम की वितरित खुराक का उपयोग करके ऑप्टिकल तीव्रता और वितरित खुराक के बीच संबंध का मूल्यांकन किया। उन्होंने 6 और 10 एमवी फोटॉन दोनों के लिए ऑप्टिकल तीव्रता और खुराक के बीच एक रैखिक संबंध देखा। दोनों मामलों में cQD शीटिंग को जोड़ने से SNR दोगुने से अधिक हो गया।

टीम ने तब विभिन्न रेडियोथेरेपी सामग्री और विभिन्न परिवेश प्रकाश स्रोतों का उपयोग करके मानवरूपी प्रेत पर cQD शीटिंग के प्रदर्शन की जांच की। विभिन्न सामग्रियों की सतह से प्रकाश उत्सर्जन सीक्यूडी शीटिंग के बिना की तुलना में 60% अधिक था। विशेष रूप से, औसत ऑप्टिकल तीव्रता में क्रमशः 69.25%, 63.72% और 61.78% की वृद्धि हुई जब cQD शीटिंग को बोलस, मास्क सैंपल और बोलस और मास्क के संयोजन में जोड़ा गया। संबंधित एसएनआर में लगभग 62.78%, 56.77% और 68.80% का सुधार हुआ।

लाल एलईडी से परिवेशी प्रकाश के तहत, 5 से अधिक एसएनआर वाली ऑप्टिकल छवियां शीटिंग के माध्यम से प्राप्त की जा सकती हैं। बैंड-पास फ़िल्टर जोड़ने से SNR में लगभग 98.85% की वृद्धि हुई।

शोधकर्ता लिखते हैं, "सीक्यूडी शीटिंग और संबंधित फ़िल्टर के संयोजन के माध्यम से, ऑप्टिकल छवियों की प्रकाश तीव्रता और एसएनआर में काफी वृद्धि हो सकती है।" "यह अधिक तीव्र और कम महंगी छवि अधिग्रहण प्रक्रिया के साथ रेडियोथेरेपी में बीम की कल्पना करने के लिए ऑप्टिकल इमेजिंग के नैदानिक ​​​​अनुप्रयोग के प्रचार पर नई रोशनी डालता है।"

रेडियोथेरेपी की कल्पना के लिए चेरेनकोव इमेजिंग: नैदानिक ​​​​उपयोग का एक वर्ष

गेंग बताता है भौतिकी की दुनिया कि टीम सक्रिय रूप से कई तरीकों से अपना शोध जारी रखे हुए है। एक उदाहरण केलोइड्स के इलेक्ट्रॉन बीम रेडियोथेरेपी के उपयोग के लिए चेरेंकोव इमेजिंग की जांच कर रहा है, असामान्य उपचार प्रतिक्रिया से उत्पन्न होने वाले सौम्य रेशेदार घाव।

"कुछ अध्ययनों ने संकेत दिया है कि पोस्ट-ऑपरेटिव इलेक्ट्रॉन बीम रेडियोथेरेपी केलोइड पुनरावृत्ति की दरों को कम कर सकती है," गेंग बताते हैं। "हालांकि, गलत प्रसव आमतौर पर इलेक्ट्रॉन बीम मापदंडों की भिन्नता के साथ-साथ रोगी की सेटअप अनिश्चितताओं या श्वसन आंदोलनों से जुड़े होते हैं। इससे बेमेल आसन्न क्षेत्रों में अपर्याप्त या अत्यधिक खुराक हो सकती है, संभावित रूप से सामान्य त्वचा या केलोइड पुनरावृत्ति को ऊतक क्षति हो सकती है। हम वास्तविक समय में केलोइड इलेक्ट्रॉन रेडियोथेरेपी के दौरान वितरित आसन्न विकिरण क्षेत्रों के मिलान को मापने के लिए सीक्यूडी शीटिंग के साथ चेरेंकोव इमेजिंग तकनीक का उपयोग करने की कोशिश कर रहे हैं।

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