A kvantumpontok lapja javítja a sugárterápiás dózis Cherenkov-képalkotását

A Cherenkov képalkotás lehetővé teszi a sugárnyalábok valós idejű megjelenítését a páciens testén, és lehetőséget biztosít a sugárterápia pontosságának értékelésére. A kínai kutatók most kifejlesztettek egy módszert a Cserenkov-képek minőségének javítására a páciensre erősített, rugalmas, nem mérgező szén-kvantumpontok (cQD) segítségével.

Cserenkov-fény akkor keletkezik, amikor a töltött részecskék nagyobb sebességgel haladnak, mint a fény fázissebessége a szövetben. A jel intenzitása arányos a leadott sugárdózissal, és megmutatja a kezelés során leadott pontos dózist. Az optikai képalkotó technika nagy térbeli felbontást, nagy érzékenységet és gyors képalkotási sebességet kínál a sugárzási dózis mérésének hagyományos módszereihez képest.

A Cserenkov-emisszió intenzitása azonban alacsony, és a kibocsátott fotonokat a szövet szétszórja és elnyeli. Emiatt a szabványos töltéscsatolt eszköz (CCD) kamerák nehezen tudják begyűjteni a jelet. Ehelyett drágább, intenzívebb CMOS/CCD kamerákat használnak.

A cQD-k abszorpciós spektrumai átfedésben vannak a Cserenkov emissziós spektrumokkal; ezután hosszabb hullámhosszon bocsátanak ki lumineszcenciát. A cQD fólia, amelyet a Nukleáris Tudományos és Technológiai Tanszéken fejlesztettek ki és teszteltek Nanjingi Repülési és Űrhajózási Egyetem, ezért használható a Cserenkov-emisszió eltolására, hogy megfeleljen a CCD kamera érzékeny érzékelési tartományának optimális hullámhosszának.

Ha a cQD lemez a helyén van, az optikai emissziót a szövet felületi felületén generált Cserenkov-fotonok, a Cserenkov-fotonok által gerjesztett fluoreszcencia és a cQD-kben generált radiolumineszcencia alkotja. Ez növeli a teljes optikai jelet, és javítja a képminőséget és a kapott képek jel-zaj arányát (SNR).

Kutatásvezető Changran Geng és munkatársai a cQD fóliát 10 nm átmérőjű cQD-kből és UV-sugárzással keményedő ragasztóból álló oldat felhasználásával készítették el. Ezt a keveréket centrifugálással egy műanyag fóliával bevont szubsztrátumra vittük fel, és UV-lámpával megszilárdították. A műanyag hordozó biztosítja, hogy a szcintillációs anyag ne érintkezzen közvetlenül a bőrrel.

A kapott cQD lemez vastagsága 222±5 µm, átmérője 15 cm, és elég rugalmas volt ahhoz, hogy alkalmazkodjon a páciens felületéhez. A csapat megjegyzi, hogy a cQD lemez szinte átlátszó, és nem blokkolja a szövetekből származó Cserenkov-emissziót.

Eredményeikről beszámolnak Orvosi fizika, a kutatók kezdetben a cQD fóliát egy szilárd vízlapon tesztelték, amelyet 2 mm-es világos színű, bőrtónusú agyagréteg borított, hogy utánozza a bőr optikai tulajdonságait. Az optikai intenzitás és a leadott dózis közötti összefüggést 0, 0.05 és 0.1 mg/ml cQD koncentrációk, 100-500 MU leadott dózisok, valamint 6 és 10 MV nyalábok segítségével értékelték. Lineáris kapcsolatot figyeltek meg az optikai intenzitás és a dózis között mind a 6, mind a 10 MV fotonok esetében. A cQD lap hozzáadása több mint kétszeresére növelte az SNR-t mindkét esetben.

A csapat ezután megvizsgálta a cQD fólia teljesítményét egy antropomorf fantomon, különböző sugárterápiás anyagok és különböző környezeti fényforrások segítségével. A különböző anyagok felületéről származó fénykibocsátás több mint 60%-kal magasabb volt cQD fóliával, mint anélkül. Pontosabban, az átlagos optikai intenzitás körülbelül 69.25%-kal, 63.72%-kal és 61.78%-kal nőtt, amikor cQD-lapot adtunk a bólushoz, a maszkmintához, illetve a bólus és a maszk kombinációjához. A megfelelő SNR-ek körülbelül 62.78%-kal, 56.77%-kal és 68.80%-kal javultak.

A piros LED környezeti fényében 5-nél nagyobb SNR-értékkel rendelkező optikai képeket lehetett elérni a fólián keresztül. Sávszűrő hozzáadása körülbelül 98.85%-kal növelte az SNR-t.

"A cQD fólia és a megfelelő szűrő kombinációjával az optikai képek fényintenzitása és SNR-je jelentősen növelhető" - írják a kutatók. "Ez új megvilágításba helyezi az optikai képalkotás klinikai alkalmazásának népszerűsítését a sugár sugárterápiában történő megjelenítésére egy gyorsabb és olcsóbb képfelvételi eljárással."

Cherenkov képalkotás a sugárterápia vizualizálására: egy év klinikai használat

Geng elmondja Fizika Világa hogy a csapat több szempontból is aktívan folytatja a kutatást. Az egyik példa a Cserenkov-féle képalkotás vizsgálata keloidok, jóindulatú rostos elváltozások elektronsugaras sugárterápiájában történő felhasználásra, amelyek abnormális gyógyulási reakcióból erednek.

"Egyes tanulmányok kimutatták, hogy a műtét utáni elektronsugaras sugárterápia csökkentheti a keloid kiújulásának arányát" - magyarázza Geng. „A pontatlan szállítások azonban általában az elektronnyaláb paramétereinek változásával, valamint a páciens beállítási bizonytalanságával vagy a légzési mozgásokkal járnak együtt. Ezek elégtelen vagy túlzott dózishoz vezethetnek az össze nem illő szomszédos mezőkben, ami potenciálisan szövetkárosodást okozhat a normál bőrben vagy keloid kiújulását. Cserenkov képalkotó technológiát igyekszünk cQD lemezekkel használni, hogy valós időben mérjük a keloid elektronsugárzás során leadott szomszédos sugárzási mezők egyezését.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/