Il dosimetro a raggi X deglutibili monitora la radioterapia in tempo reale – Physics World

Ricercatori provenienti da Singapore e dalla Cina hanno sviluppato un dosimetro a raggi X deglutibile delle dimensioni di una grande capsula di pillola in grado di monitorare la radioterapia gastrointestinale in tempo reale. Nei test proof-of-concept su conigli irradiati, il loro prototipo si è dimostrato circa cinque volte più accurato delle attuali misure standard per il monitoraggio della dose erogata.

La capacità di monitorare con precisione la radioterapia in tempo reale durante il trattamento consentirebbe la valutazione del on-site dose di radiazioni assorbita negli organi dose-limitanti come lo stomaco, il fegato, i reni e il midollo spinale. Ciò potrebbe rendere i trattamenti con radiazioni più sicuri ed efficaci, riducendo potenzialmente la gravità degli effetti collaterali. Misurare la dose erogata e assorbita durante la radioterapia dei tumori gastrointestinali, tuttavia, è un compito difficile.

Il nuovo dosimetro, descritto in Natura Ingegneria Biomedica, potrebbe cambiare questo. La capsula da 18 x 7 mm contiene una fibra ottica flessibile incorporata con nanoscintillatori persistenti drogati con lantanidi. Il dispositivo ingeribile incorpora anche un film di polianilina sensibile al pH, un modulo fluidico per il campionamento dinamico del fluido gastrico, sensori di dose e pH, un microcontrollore integrato e una batteria all'ossido di argento per alimentare la capsula.

Primi autori Bo Hou e Luying Yi del Università Nazionale di Singapore e i co-ricercatori spiegano che i nanoscintillatori generano radioluminescenza in presenza di radiazione di raggi X, che si propaga alle estremità della fibra attraverso una riflessione interna totale. Il sensore di dose misura questo segnale luminoso per determinare la radiazione erogata nell'area mirata.

Oltre alla dosimetria a raggi X, la capsula misura anche i cambiamenti fisiologici del pH e della temperatura durante il trattamento. Il film di polialinina cambia colore in base al pH del fluido gastrico nel modulo fluidico; il pH viene quindi misurato dal rapporto di contrasto del colore del sensore di pH, che analizza la luce dopo che è passata attraverso la pellicola. Inoltre, il bagliore residuo dei nanoscintillatori dopo l'irradiazione può essere utilizzato come fonte di luce autosufficiente per monitorare continuamente le variazioni dinamiche del pH per diverse ore senza la necessità di eccitazione esterna. I ricercatori sottolineano che questa capacità non è ancora disponibile con le capsule pH esistenti.

I segnali fotoelettrici dei due sensori vengono elaborati da un circuito di rilevamento integrato che trasmette informazioni in modalità wireless a un'app per telefoni cellulari. Una volta attivata, l'app può ricevere i dati dalla capsula in tempo reale tramite trasmissione Bluetooth. Dati come la dose di radiazione assorbita e la temperatura e il pH dei tessuti possono essere visualizzati graficamente, archiviati localmente o caricati su server cloud per l'archiviazione permanente e la diffusione dei dati.

Prima di in vivo test, i ricercatori hanno valutato la risposta alla dose dei nanoscintillatori. Hanno utilizzato un modello di regressione basato su una rete neurale per stimare la dose di radiazioni dai dati di radioluminescenza, postluminescenza e temperatura. Hanno sviluppato il modello utilizzando oltre 3000 punti dati registrati durante l'esposizione della capsula ai raggi X a velocità di dose da 1 a 16.68 mGy/min e temperature da 32 a 46 ℃.

Il team ha scoperto che sia l'intensità della radioluminescenza che quella del bagliore residuo sono direttamente proporzionali alle variazioni di dose, suggerendo che la combinazione delle due porterà a stime più precise della dose assorbita.

Successivamente, i ricercatori hanno convalidato le prestazioni del dosimetro in tre conigli adulti anestetizzati. Dopo l'inserimento chirurgico di una capsula nello stomaco di ciascun animale, hanno eseguito scansioni TC per identificare la posizione e l'angolazione precise della capsula. Hanno quindi irradiato ciascun animale più volte in un periodo di 10 ore utilizzando un tasso di dose di raggi X progressivo.

"Il nostro dosimetro wireless ha determinato con precisione la dose di radiazioni nello stomaco, nonché i minimi cambiamenti di pH e temperatura, in tempo reale", riferisce il team. "La capsula inserita nella cavità gastrointestinale era in grado di rilevare rapidamente i cambiamenti di pH e temperatura vicino agli organi irradiati".

La minuscola capsula ingeribile aiuta a trattare i disturbi gastrointestinali

Prima che la capsula del dosimetro possa essere testata clinicamente, è necessario sviluppare un sistema di posizionamento per posizionarla e ancorarla nel sito bersaglio dopo essere stata ingerita. Prima della valutazione clinica è necessaria anche una calibrazione migliore e più accurata della conversione dal segnale ottico alla dose assorbita.

Il potenziale del nuovo dosimetro va oltre le applicazioni gastrointestinali. I ricercatori ne prevedono l'uso per il monitoraggio della dose della brachiterapia del cancro alla prostata, ad esempio, utilizzando una capsula ancorata nel retto. Le misurazioni in tempo reale della dose assorbita nei tumori rinofaringei o cerebrali possono anche essere fattibili se una capsula di dimensioni più piccole può essere posizionata nella cavità nasale superiore.

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