양자점 시트는 방사선 치료 선량의 Cherenkov 이미징을 향상시킵니다.

Cherenkov 이미징은 환자의 신체에 대한 방사선 빔의 실시간 시각화를 가능하게 하고 방사선 치료 전달의 정확성을 평가하는 수단을 제공합니다. 중국의 연구원들은 이제 환자에게 부착된 유연한 무독성 탄소 양자점(cQD) 시트를 사용하여 Cherenkov 이미지의 품질을 개선하는 방법을 개발했습니다.

체렌코프 빛은 하전 입자가 조직에서 빛의 위상 속도보다 빠른 속도로 이동할 때 생성됩니다. 신호 강도는 전달된 방사선 선량에 비례하여 치료 중에 전달되는 정확한 선량을 나타냅니다. 광학영상기법은 기존의 방사선량 측정방법에 비해 높은 공간해상도, 고감도, 빠른 영상속도를 제공한다.

그러나 Cherenkov 방출의 강도는 낮고 방출된 광자는 산란되어 조직에 흡수됩니다. 이 때문에 표준 전하 결합 소자(CCD) 카메라는 신호를 수집하는 데 어려움이 있습니다. 대신에 더 비싼 강화 CMOS/CCD 카메라가 사용되고 있습니다.

cQD는 Cherenkov 방출 스펙트럼과 겹치는 흡수 스펙트럼을 가지고 있습니다. 그런 다음 더 긴 파장에서 발광을 방출합니다. 원자력과학기술부에서 개발 및 시험한 cQD 시트 난징 항공 우주 대학, 따라서 CCD 카메라의 민감한 감지 영역의 최적 파장과 일치하도록 Cherenkov 방출을 이동하는 데 사용할 수 있습니다.

cQD 시트가 제자리에 있으면 광학 방출은 조직의 표면 표면에서 생성된 Cherenkov 광자, Cherenkov 광자에 의해 여기된 형광 및 cQD에서 생성된 방사성 발광으로 구성됩니다. 이렇게 하면 전체 광학 신호가 증가하고 획득한 이미지의 이미지 품질과 신호 대 잡음비(SNR)가 향상됩니다.

수석 연구원 창란 겡 그리고 동료들은 10nm 직경의 cQD와 UV 경화 접착제의 솔루션을 사용하여 cQD 시트를 만들었습니다. 이 혼합물을 플라스틱 시트로 코팅된 기판 위에 스핀 코팅하고 UV 램프로 고형화했습니다. 플라스틱 기판은 섬광 물질이 피부에 직접 닿지 않도록 합니다.

생성된 cQD 시트는 222±5μm의 두께와 15cm의 직경을 가졌고 환자의 표면에 맞도록 충분히 유연했습니다. 팀은 cQD 시트가 거의 투명하고 조직에서 Cherenkov 방출을 차단하지 않는다는 점에 주목합니다.

에서 발견한 내용 보고 의학 물리연구원들은 처음에 피부의 광학적 특성을 모방하기 위해 2mm 층의 밝은 색상의 피부색 점토로 덮인 고체 물 슬래브에서 cQD 시트를 테스트했습니다. 그들은 0, 0.05 및 0.1 mg/ml의 cQD 농도, 100-500 MU의 전달 용량, 6 및 10 MV 빔을 사용하여 광 강도와 전달 용량 사이의 관계를 평가했습니다. 그들은 6 및 10 MV 광자 모두에 대한 광학 강도와 선량 사이의 선형 관계를 관찰했습니다. cQD 시트를 추가하면 두 경우 모두 SNR이 두 배 이상 증가합니다.

그런 다음 팀은 다양한 방사선 치료 재료와 다양한 주변 광원을 사용하여 의인화된 팬텀에서 cQD 시트의 성능을 조사했습니다. 다양한 재료의 표면에서 방출되는 빛은 cQD 시트가 없는 경우보다 60% 이상 더 높았습니다. 구체적으로 볼루스, 마스크 샘플, 볼루스와 마스크의 조합에 cQD 시트를 추가할 때 평균 광 강도가 각각 약 69.25%, 63.72%, 61.78% 증가했습니다. 해당 SNR은 약 62.78%, 56.77% 및 68.80% 향상되었습니다.

적색 LED의 주변광 아래에서 시트를 통해 SNR이 5보다 큰 광학 이미지를 얻을 수 있습니다. 대역 통과 필터를 추가하면 SNR이 약 98.85% 증가했습니다.

연구원들은 "cQD 시트와 해당 필터의 조합을 통해 광학 이미지의 광도와 SNR을 크게 높일 수 있습니다."라고 밝혔습니다. "이것은 보다 빠르고 저렴한 이미지 획득 프로세스를 통해 방사선 치료에서 빔을 시각화하기 위한 광학 이미징의 임상 적용 촉진에 새로운 시각을 제시합니다."

방사선 치료 시각화를 위한 체렌코프 영상: 임상 사용 XNUMX년

겡이 말한다 물리 세계 팀이 여러 가지 방법으로 적극적으로 연구를 계속하고 있습니다. 한 가지 예는 비정상적인 치유 반응에서 발생하는 양성 섬유성 병변인 켈로이드의 전자 빔 방사선 요법과 함께 사용하기 위한 Cherenkov 이미징을 조사하는 것입니다.

"일부 연구에서는 수술 후 전자 빔 방사선 요법이 켈로이드 재발률을 감소시킬 수 있다고 밝혔습니다."라고 Geng은 설명합니다. “그러나 부정확한 전달은 일반적으로 전자빔 매개변수의 변화뿐만 아니라 환자의 설정 불확실성 또는 호흡 운동과 관련이 있습니다. 이는 일치하지 않는 인접 조사야에서 불충분하거나 과도한 선량으로 이어져 잠재적으로 정상 피부에 대한 조직 손상 또는 켈로이드 재발을 유발할 수 있습니다. 우리는 실시간으로 켈로이드 전자 방사선 치료 중에 전달되는 인접 방사선 필드의 일치를 측정하기 위해 cQD 시트와 함께 Cherenkov 이미징 기술을 사용하려고 합니다.”

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