גיליון של נקודות קוונטיות משפר את הדמיית Cherenkov של מינון הקרנות

הדמיית צ'רנקוב מאפשרת הדמיה בזמן אמת של קרני קרינה על גוף המטופל ומספקת אמצעי להעריך את הדיוק של מתן הקרנות. חוקרים בסין פיתחו כעת דרך לשפר את איכות תמונות צ'רנקוב באמצעות דף גמיש ולא רעיל של נקודות קוונטיות פחמן (cQDs) המחוברות למטופל.

אור צ'רנקוב נוצר כאשר חלקיקים טעונים נעים במהירות גבוהה ממהירות הפאזה של האור ברקמה. עוצמת האות פרופורציונלית למינון הקרינה הנמסרת, וחושפת את המינון המדויק שנמסר במהלך הטיפול. טכניקת ההדמיה האופטית מציעה רזולוציה מרחבית גבוהה, רגישות גבוהה ומהירות הדמיה מהירה בהשוואה לשיטות קונבנציונליות למדידת מינון קרינה.

אולם עוצמת פליטת צ'רנקוב נמוכה והפוטונים הנפלטים מפוזרים ונספגים ברקמה. בשל כך, מצלמות התקן מצמד טעינה (CCD) מתקשות לאסוף את האות. במקום זאת, נעשה שימוש במצלמות CMOS/CCD מתוגברות יקרות יותר.

ל-cQDs יש ספקטרום ספיגה החופפים לספקטרום הפליטה של ​​Cherenkov; לאחר מכן הם פולטים זוהר באורכי גל ארוכים יותר. יריעת cQD, שפותחה ונבדקה במחלקה למדע וטכנולוגיה גרעינית של אוניברסיטת נאנג'ינג לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה, לפיכך, ניתן להשתמש בה כדי לשנות את פליטת צ'רנקוב כדי להתאים את אורך הגל האופטימלי של אזור הזיהוי הרגיש של מצלמת CCD.

כאשר יריעת ה-cQD במקומה, הפליטה האופטית מורכבת מפוטונים של צ'רנקוב שנוצרו על פני השטח השטחיים של הרקמה, פלואורסצנטיות הנרגשת על ידי הפוטונים של צ'רנקוב, והרדיולומינסנציה שנוצרת ב-cQDs. זה מגדיל את האות האופטי הכולל ומשפר את איכות התמונה ויחס האות לרעש (SNR) של התמונות שנרכשו.

חוקר ראשי צ'אנגרן גנג ועמיתיו יצרו את יריעת cQD באמצעות תמיסה של cQDs בקוטר 10 ננומטר ודבק הניתן לריפוי UV. תערובת זו טופחה על גבי מצע מצופה ביריעות פלסטיק והוצקה במנורת UV. המצע הפלסטי מבטיח שחומר הנצנץ לא יגיע ישירות לעור.

יריעת ה-cQD שהתקבלה הייתה בעובי של 222±5 מיקרומטר ובקוטר של 15 ס"מ, והיה גמיש מספיק כדי להתאים למשטח המטופל. הצוות מציין כי יריעת ה-cQD כמעט שקופה ואינה חוסמת את פליטת צ'רנקוב מרקמות.

דיווח על ממצאיהם ב פיזיקה רפואית, החוקרים בדקו תחילה את יריעת cQD על לוח מים מוצק מכוסה בשכבה של 2 מ"מ של חימר בגוון עור בהיר כדי לחקות את התכונות האופטיות של העור. הם העריכו את הקשר בין עוצמה אופטית למינון שנמסר באמצעות ריכוזי cQD של 0, 0.05 ו-0.1 מ"ג/מ"ל, מתן מינונים של 100-500 MU ו-6 ו-10 קרני MV. הם צפו בקשר ליניארי בין עוצמה אופטית למינון עבור 6 ו-10 פוטונים MV. הוספת גיליון cQD יותר מהכפילה את ה-SNR בשני המקרים.

לאחר מכן, הצוות בחן את הביצועים של יריעת ה-cQD על פנטום אנתרופומורפי באמצעות חומרי קרינה שונים ומקורות אור סביבתיים שונים. פליטת האור מפני השטח של החומרים השונים הייתה גבוהה יותר ב-60% עם יריעות cQD מאשר בלי. באופן ספציפי, העוצמה האופטית הממוצעת עלתה בכ-69.25%, 63.72% ו-61.78% בעת הוספת יריעת cQD לבולוס, לדגימת מסכה ולשילוב של בולוס ומסכה, בהתאמה. ה-SNR המקביל השתפרו בכ-62.78%, 56.77% ו-68.80%.

תחת אור סביבה של LED אדום, ניתן היה לקבל תמונות אופטיות עם SNR של יותר מ-5 דרך היריעות. הוספת מסנן פס הגדילה את ה-SNR בכ-98.85%.

"באמצעות שילוב של יריעות cQD ומסנן מתאים, ניתן להגדיל את עוצמת האור וה-SNR של תמונות אופטיות באופן משמעותי", כותבים החוקרים. "זה שופך אור חדש על קידום היישום הקליני של הדמיה אופטית כדי להמחיש את האלומה ברדיותרפיה עם תהליך רכישת תמונה מהיר יותר וזול יותר."

הדמיית צ'רנקוב להדמיית הקרנות: שנה של שימוש קליני

גנג מספר עולם הפיזיקה שהצוות ממשיך באופן פעיל במחקר שלו בדרכים רבות. דוגמה אחת היא חקירת הדמיית צ'רנקוב לשימוש עם הקרנות באמצעות קרן אלקטרונים של קלואידים, נגעים סיביים שפירים הנובעים מתגובת ריפוי לא תקינה.

"כמה מחקרים הצביעו על כך שרדיותרפיה בקרן אלקטרונים לאחר ניתוח יכולה להפחית את שיעורי הישנות הקלואידים", מסביר גנג. "עם זאת, משלוחים לא מדויקים קשורים בדרך כלל לשונות של פרמטרים של אלומת האלקטרונים, כמו גם לאי הוודאות של המטופל או לתנועות הנשימה. אלה עלולים להוביל למינון לא מספיק או מוגזם בשדות הסמוכים שאינם תואמים, דבר שעלול לגרום לנזק לרקמות לעור רגיל או להישנות קלואיד. אנו מנסים להשתמש בטכנולוגיית הדמיה של צ'רנקוב עם יריעות cQD כדי למדוד התאמה של שדות קרינה סמוכים המועברים במהלך רדיותרפיה באלקטרון קלואיד בזמן אמת."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/