量子ドットのシートが放射線治療線量のチェレンコフ イメージングを向上させる

チェレンコフ イメージングは​​、患者の体に照射される放射線ビームをリアルタイムで視覚化することを可能にし、放射線治療の精度を評価する手段を提供します。 中国の研究者は現在、患者に取り付けられた炭素量子ドット (cQD) の柔軟で無毒なシートを使用して、チェレンコフ画像の品質を向上させる方法を開発しました。

チェレンコフ光は、荷電粒子が組織内の光の位相速度よりも速い速度で移動するときに生成されます。 信号強度は照射された放射線量に比例し、治療中に照射された正確な線量を明らかにします。 光学イメージング技術は、放射線量測定の従来の方法と比較して、高い空間分解能、高感度、高速イメージングを提供します。

ただし、チェレンコフ放射の強度は低く、放射された光子は組織によって散乱および吸収されます。 このため、標準的な電荷結合素子 (CCD) カメラでは信号の収集が困難です。 代わりに、より高価な高輝度 CMOS/CCD カメラが使用されています。

cQD には、チェレンコフ発光スペクトルと重なる吸収スペクトルがあります。 その後、より長い波長でルミネセンスを放出します。 cQD シートは、原子力科学技術部で開発およびテストされています。 南京航空宇宙大学, したがって、CCDカメラの高感度検出領域の最適な波長に一致するようにチェレンコフ放射をシフトするために使用できます。

cQDシートを配置すると、発光は、組織の表面で生成されたチェレンコフ光子、チェレンコフ光子によって励起された蛍光、およびcQDで生成された放射性発光で構成されます。 これにより、総光信号が増加し、取得した画像の画質と信号対雑音比 (SNR) が向上します。

主任研究者 チャンラン・ゲン と同僚は、直径10 nmのcQDとUV硬化接着剤の溶液を使用してcQDシートを作成しました。 この混合物を、プラスチック シートでコーティングされた基板上にスピン コーティングし、UV ランプで固化させました。 プラスチック基板は、シンチレーション材料が皮膚に直接接触しないようにします。

結果として得られた cQD シートは、厚さ 222±5 μm、直径 15 cm で、患者の表面に適合するのに十分な柔軟性がありました。 チームは、cQD シートはほとんど透明であり、組織からのチェレンコフ放射を遮断しないことに注目しています。

調査結果を報告する 医学物理学、研究者は最初に、皮膚の光学特性を模倣するために、明るい色の肌色の粘土の2 mm層で覆われた固体水スラブでcQDシートをテストしました. 彼らは、0、0.05、および 0.1 mg/ml の cQD 濃度、100 ～ 500 MU の送達線量、および 6 および 10 MV ビームを使用して、光強度と送達線量の関係を評価しました。 彼らは、6 MV と 10 MV の光子の両方で、光強度と線量の間に線形関係があることを観察しました。 cQD シートを追加すると、どちらの場合も SNR が XNUMX 倍以上になりました。

次に、チームは、さまざまな放射線治療材料とさまざまな周囲光源を使用して、擬人化されたファントムでの cQD シートの性能を調べました。 さまざまな材料の表面からの発光は、cQD シートを使用した場合に比べて 60% 以上高くなりました。 具体的には、ボーラス、マスク サンプル、ボーラスとマスクの組み合わせに cQD シートを追加すると、平均光強度はそれぞれ約 69.25%、63.72%、61.78% 増加しました。 対応する SNR は、約 62.78%、56.77%、および 68.80% 向上しました。

赤色 LED からの周囲光の下で、シートを通して SNR が 5 を超える光学画像を取得できました。 バンドパス フィルターを追加すると、SNR が約 98.85% 増加しました。

「cQDシートと対応するフィルターを組み合わせることで、光学画像の光強度とSNRを大幅に向上させることができます」と研究者は書いています。 「これは、より迅速で安価な画像取得プロセスで放射線治療におけるビームを視覚化するための光学イメージングの臨床応用の促進に新たな光を当てます。」

放射線治療を視覚化するためのチェレンコフ イメージング: XNUMX 年間の臨床使用

ゲンは言う 物理学の世界 チームがさまざまな方法で積極的に研究を続けていること。 一例として、異常な治癒反応から生じる良性の線維性病変であるケロイドの電子線放射線療法で使用するためのチェレンコフ イメージングの調査があります。

「いくつかの研究は、術後の電子線放射線療法がケロイドの再発率を低下させることができることを示しています. 「しかし、不正確な送達は、一般的に、電子ビーム パラメータの変動や、患者のセットアップの不確実性または呼吸運動に関連しています。 これらは、不一致の隣接するフィールドでの不十分または過剰な線量につながる可能性があり、正常な皮膚の組織損傷またはケロイドの再発を引き起こす可能性があります. 私たちはチェレンコフ画像技術と cQD シートを使用して、ケロイド電子線治療中に照射される隣接する放射線照射野のマッチングをリアルタイムで測定しようとしています。」

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