Maling med protoner: behandlingsbjelker gjenskaper kunstverk – Physics World

Intensitetsmodulert protonterapi (IMPT) er en avansert kreftbehandlingsteknikk som bruker smale blyantlignende stråler av protoner – malt punkt-for-punkt og lag-for-lag i pasienten – for å levere stråling i svært komplekse dosemønstre. Kombinert med sofistikerte behandlingsplanleggingsteknikker, kan IMPT forme protondosen for å matche den målrettede svulsten med enestående nøyaktighet, maksimere ødeleggelsen av kreftceller samtidig som skaden på nærliggende sunt vev minimaliseres.

Medisinsk fysiker Lee Xu fra New York Proton Center kom opp med en uvanlig tilnærming – han brukte protonblyantbjelker for å gjenskape en rekke kjente malerier som behandlingsplaner, og effektivt brukte protonene som en pensel.

«Da jeg først begynte på dette feltet, husker jeg at jeg så på behandlingsplaner og ble overrasket over hvor vakre de var. De så virkelig ut som kunstverk for meg, forteller Xu Fysikkens verden. «Da jeg brukte mer og mer tid på å observere behandlingsplanlegging, skjønte jeg hvor like dosimetrister var kunstnere. Den eneste forskjellen var egentlig i mediet de brukte og lerretet de brukte mediet på.»

Xu valgte fem kjente malerier – Girl with a Pearl Earring av Johannes Vermeer, Starry Night av Vincent van Gogh, Skrik av Edvard Munch, Komposisjon med rødt, blått og gult av Piet Mondrian, og Menneskesønnen av René Magritte – for å gjenskape i Eclipse v16.1 behandlingsplanleggingssystem, og dele de resulterende bildene i Medisinsk dosimetri.

For å generere hvert "maleri" brukte planleggingssystemet kliniske protoner med energier på 70–250 MeV for å deponere "maling" (stråledose) på et "lerret" (et vannfantom), med en total resept på 100 Gy i 50 fraksjoner . Hver behandlingsplan brukte mellom ett og seks protonfelt rettet mot fronten av lerretet, med isosenteret plassert i en dybde på 10 cm.

Prosessen begynner på en lignende måte som et tradisjonelt kunstverk - ved å lage en foreløpig skisse på lerretet for å bestemme den generelle layouten, i dette tilfellet ved å bruke 2D-børsteverktøyet i Eclipses konturarbeidsområde. Deretter er nøkkelelementer som himmelen og bakken avgrenset som konturer og delt inn i separate strukturer for å representere forskjellige farger, toner og teksturer. I noen tilfeller brukte Xu en endelig underinndeling i enda mindre strukturer (opptil 65 for det mest komplekse maleriet) for å reflektere mer intrikate detaljer.

Xu tildelte forskjellige farger til forskjellige isodosenivåer mellom 0 og 100 Gy i intervaller på omtrent 300 cGy. Deretter optimaliserte han behandlingsplanene for å sette inn doser i lerretet som oppnådde ønsket farge i hver region. Xu bemerker at den endelige dosefordelingen ble beregnet ved å bruke den samme protonkonvolusjon-superposisjonsalgoritmen som ble brukt i klinikken hans.

"Etter at jeg ble kjent med blyantstråleskannende protonterapi, innså jeg at mulighetene for dosemaling med protoner var nesten ubegrensede," sier Xu. "Jeg ville virkelig se hvor langt jeg kunne presse det, og hvilken bedre måte enn å gjenskape noen av favorittmaleriene mine ved å bruke protonstråler. Selv om jeg har hatt denne ideen i nesten fem år nå, har jeg bare nylig hatt tid og tålmodighet til å realisere den.»

De siste rekreasjonene viste en markant likhet med de originale kunstverkene med tilstrekkelig oppløsning til å belyse fine detaljer. Xu bemerker at hvert maleri faktisk er et tredimensjonalt kunstverk og kan sees på flere dybder i vannfantomet.

Kan blyantstråleskanning muliggjøre portalfri protonterapi?

I tillegg til å være en imponerende demonstrasjon av banebrytende medisinsk teknologi, tjener maleriene et ekstra formål. Xu ser for seg at de kan fungere som et pedagogisk verktøy, for å hjelpe pasienter som gjennomgår behandling med å forstå de generelle prinsippene for protonterapi, eller til og med hjelpe medisinske og medisinske fysikkstudenter til å bedre forstå protonfysikk og dosimetri ved å bruke en serie kommenterte malerier.

"Jeg håper denne artikkelen viser hvor langt vi har kommet siden dagene med 2D-planlegging og hvordan moderne teknologi har tillatt oss å gi svært målrettet behandling som er spesifikk for hver pasient," legger Xu til. «Jeg håper også dette arbeidet fungerer som en påminnelse til oss alle innen strålingsonkologi og medisinsk fysikk om at selv om vi ofte anser oss selv som forskere eller klinikere, er vi innerst inne også kunstnere; og uten kunst ville ikke vårt felt vært det samme.»

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/