Inslikbare röntgendosismeter bewaakt radiotherapie in realtime - Physics World

Onderzoekers uit Singapore en China hebben een inslikbare röntgendosismeter ter grootte van een grote pilcapsule ontwikkeld die gastro-intestinale radiotherapie in realtime kan volgen. Bij proof-of-concept-tests op bestraalde konijnen bleek hun prototype ongeveer vijf keer nauwkeuriger dan de huidige standaardmaatregelen voor het monitoren van de toegediende dosis.

De mogelijkheid om radiotherapie tijdens de behandeling in realtime nauwkeurig te monitoren zou evaluatie van de radiotherapie mogelijk maken in situ geabsorbeerde stralingsdosis in dosisbeperkende organen zoals de maag, lever, nieren en ruggenmerg. Dit zou bestralingsbehandelingen veiliger en effectiever kunnen maken, waardoor de ernst van de bijwerkingen mogelijk wordt verminderd. Het meten van de afgeleverde en geabsorbeerde dosis tijdens radiotherapie van gastro-intestinale tumoren is echter een moeilijke taak.

De nieuwe dosismeter, beschreven in Natuur Biomedische Technologie, zou dit kunnen veranderen. De capsule van 18 x 7 mm bevat een flexibele optische vezel ingebed met met lanthanide gedoteerde persistente nanoscintillators. Het inslikbare apparaat bevat ook een pH-responsieve polyanilinefilm, een vloeistofmodule voor dynamische maagvloeistofbemonstering, dosis- en pH-sensoren, een ingebouwde microcontroller en een zilveroxidebatterij om de capsule van stroom te voorzien.

Eerste auteurs Bo Hou en Luying Yi van de National University of Singapore en medeonderzoekers leggen uit dat de nanoscintillators radioluminescentie genereren in de aanwezigheid van röntgenstraling, die zich via totale interne reflectie naar de uiteinden van de vezel voortplant. De dosissensor meet dit lichtsignaal om de straling te bepalen die in het beoogde gebied wordt afgeleverd.

Naast röntgendosimetrie meet de capsule ook fysiologische veranderingen in pH en temperatuur tijdens de behandeling. De polyalininefilm verandert van kleur afhankelijk van de pH van het maagsap in de vloeistofmodule; de pH wordt vervolgens gemeten door de kleurcontrastverhouding van de pH-sensor, die licht analyseert nadat het door de film is gegaan. Bovendien kan het nagloeien van de nanoscintillators na bestraling worden gebruikt als een zichzelf onderhoudende lichtbron om dynamische pH-veranderingen gedurende meerdere uren continu te monitoren zonder de noodzaak van externe excitatie. De onderzoekers wijzen erop dat deze mogelijkheid nog niet beschikbaar is met bestaande pH-capsules.

De foto-elektrische signalen van de twee sensoren worden verwerkt door een geïntegreerd detectiecircuit dat draadloos informatie verzendt naar een mobiele telefoonapp. Eenmaal geactiveerd, kan de app in realtime gegevens van de capsule ontvangen via Bluetooth-transmissie. Gegevens zoals de geabsorbeerde stralingsdosis en de temperatuur en pH van de weefsels kunnen grafisch worden weergegeven, lokaal worden opgeslagen of worden geüpload naar cloudservers voor permanente opslag en gegevensverspreiding.

Voor in vivo Bij het testen beoordeelden de onderzoekers de dosisrespons van de nanoscintillators. Ze gebruikten een op een neuraal netwerk gebaseerd regressiemodel om de stralingsdosis te schatten op basis van de radioluminescentie-, nagloei- en temperatuurgegevens. Ze ontwikkelden het model met behulp van meer dan 3000 datapunten die werden geregistreerd terwijl de capsule werd blootgesteld aan röntgenstraling met dosissnelheden van 1 tot 16.68 mGy/min en temperaturen van 32 tot 46℃.

Het team ontdekte dat zowel de radioluminescentie als de nagloei-intensiteiten direct evenredig zijn met dosisvariaties, wat suggereert dat het combineren van deze twee zal leiden tot nauwkeurigere schattingen van de geabsorbeerde dosis.

Vervolgens valideerden de onderzoekers de prestaties van de dosismeter bij drie verdoofde volwassen konijnen. Na het chirurgisch inbrengen van een capsule in de maag van elk dier, voerden ze CT-scans uit om de precieze positie en hoek van de capsule te identificeren. Vervolgens bestraalden ze elk dier meerdere keren gedurende een periode van 10 uur met behulp van een progressieve röntgendosissnelheid.

“Onze draadloze dosimeter bepaalde nauwkeurig de stralingsdosis in de maag, evenals minieme veranderingen in pH en temperatuur, in realtime”, meldt het team. “De capsule die in de maagholte werd ingebracht, kon snel veranderingen in pH en temperatuur in de buurt van bestraalde organen detecteren.”

Kleine inneembare capsule helpt bij de behandeling van gastro-intestinale stoornissen

Voordat de dosismetercapsule klinisch kan worden getest, moet er een positioneringssysteem worden ontwikkeld om deze na inslikken op de doellocatie te plaatsen en te verankeren. Een betere en nauwkeurigere kalibratie van de conversie van optisch signaal naar geabsorbeerde dosis is ook nodig voorafgaand aan klinische evaluatie.

Het potentieel van de nieuwe dosismeter reikt verder dan gastro-intestinale toepassingen. De onderzoekers voorzien het gebruik ervan voor dosismonitoring van brachytherapie voor prostaatkanker, bijvoorbeeld met behulp van een capsule verankerd in het rectum. Real-time metingen van de geabsorbeerde dosis bij nasofaryngeale of hersentumoren kunnen ook haalbaar zijn als een capsule van kleiner formaat in de bovenste neusholte kan worden geplaatst.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
• Koop en verkoop aandelen in PRE-IPO-bedrijven met PREIPO®. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/swallowable-x-ray-dosimeter-monitors-radiotherapy-in-real-time/