Połykalny dozymetr rentgenowski monitoruje radioterapię w czasie rzeczywistym – Physics World

Naukowcy z Singapuru i Chin opracowali dozymetr rentgenowski do połknięcia wielkości dużej kapsułki pigułki, który może monitorować radioterapię przewodu pokarmowego w czasie rzeczywistym. W testach potwierdzających słuszność koncepcji na napromieniowanych królikach ich prototyp okazał się około pięciokrotnie dokładniejszy niż obecne standardowe środki monitorowania dostarczonej dawki.

Możliwość precyzyjnego monitorowania radioterapii w czasie rzeczywistym w trakcie leczenia pozwoliłaby na ocenę przebiegu radioterapii in situ pochłonięta dawka promieniowania w narządach ograniczających dawkę, takich jak żołądek, wątroba, nerki i rdzeń kręgowy. Może to sprawić, że radioterapia będzie bezpieczniejsza i skuteczniejsza, potencjalnie zmniejszając nasilenie skutków ubocznych. Pomiar dawki dostarczonej i pochłoniętej podczas radioterapii nowotworów przewodu pokarmowego jest jednak zadaniem trudnym.

Nowy dozymetr, opisany w Charakterystyka inżynierii biomedycznej, mógłby to zmienić. Kapsuła o wymiarach 18 x 7 mm zawiera elastyczny światłowód osadzony w trwałych nanocyntylatorach domieszkowanych lantanowcami. Urządzenie do połykania zawiera również błonę polianilinową reagującą na pH, moduł płynowy do dynamicznego pobierania próbek płynu żołądkowego, czujniki dawki i pH, wbudowany mikrokontroler oraz baterię tlenku srebra do zasilania kapsułki.

Pierwsi autorzy Bo Hou i Luying Yi z National University of Singapore i współpracownicy wyjaśniają, że nanocyntylatory generują radioluminescencję w obecności promieniowania rentgenowskiego, które rozprzestrzenia się na końce światłowodu poprzez całkowite wewnętrzne odbicie. Czujnik dawki mierzy ten sygnał świetlny, aby określić promieniowanie dostarczone do docelowego obszaru.

Oprócz dozymetrii rentgenowskiej kapsułka mierzy także fizjologiczne zmiany pH i temperatury podczas leczenia. Film polialininowy zmienia kolor w zależności od pH płynu żołądkowego w module płynowym; Następnie pH mierzy się na podstawie współczynnika kontrastu kolorów czujnika pH, który analizuje światło po przejściu przez folię. Dodatkowo poświata nanonoscyntylatorów po napromieniowaniu może służyć jako samopodtrzymujące źródło światła do ciągłego monitorowania dynamicznych zmian pH przez kilka godzin bez potrzeby zewnętrznego wzbudzania. Naukowcy podkreślają, że taka funkcja nie jest jeszcze dostępna w przypadku istniejących kapsułek pH.

Sygnały fotoelektryczne z dwóch czujników są przetwarzane przez zintegrowany obwód detekcji, który bezprzewodowo przesyła informacje do aplikacji na telefon komórkowy. Po aktywacji aplikacja może odbierać dane z kapsuły w czasie rzeczywistym za pośrednictwem transmisji Bluetooth. Dane takie jak pochłonięta dawka promieniowania oraz temperatura i pH tkanek mogą być wyświetlane w formie graficznej, przechowywane lokalnie lub przesyłane do serwerów w chmurze w celu trwałego przechowywania i rozpowszechniania danych.

Przed in vivo Podczas testów naukowcy ocenili reakcję na dawkę nanocyntylatorów. Wykorzystali model regresji oparty na sieci neuronowej, aby oszacować dawkę promieniowania na podstawie danych dotyczących radioluminescencji, poświaty i temperatury. Opracowali model, wykorzystując ponad 3000 punktów danych zarejestrowanych podczas wystawienia kapsuły na działanie promieni rentgenowskich przy dawkach od 1 do 16.68 mGy/min i temperaturach od 32 do 46℃.

Zespół odkrył, że zarówno intensywność radioluminescencji, jak i poświaty są wprost proporcjonalne do zmian dawki, co sugeruje, że połączenie ich doprowadzi do dokładniejszych szacunków dawki pochłoniętej.

Następnie naukowcy sprawdzili działanie dozymetru u trzech znieczulonych dorosłych królików. Po chirurgicznym umieszczeniu kapsułki w żołądku każdego zwierzęcia przeprowadzono tomografię komputerową, aby określić dokładne położenie i kąt kapsułki. Następnie napromieniali każde zwierzę wielokrotnie w ciągu 10 godzin, stosując progresywną dawkę promieniowania rentgenowskiego.

„Nasz bezprzewodowy dozymetr dokładnie określił dawkę promieniowania w żołądku, a także drobne zmiany pH i temperatury w czasie rzeczywistym” – podaje zespół. „Kapsułka umieszczona w jamie żołądkowo-jelitowej była w stanie szybko wykryć zmiany pH i temperatury w pobliżu napromienianych narządów”.

Mała kapsułka do połknięcia pomaga w leczeniu zaburzeń żołądkowo-jelitowych

Zanim kapsułka dozymetru będzie mogła zostać przetestowana klinicznie, należy opracować system pozycjonowania, który umożliwi jej umieszczenie i zakotwiczenie w miejscu docelowym po połknięciu. Przed oceną kliniczną konieczna jest także lepsza i dokładniejsza kalibracja konwersji sygnału optycznego na dawkę pochłoniętą.

Potencjał nowego dozymetru wykracza poza zastosowania żołądkowo-jelitowe. Naukowcy przewidują jego zastosowanie do monitorowania dawki w brachyterapii raka prostaty, na przykład za pomocą kapsułki zakotwiczonej w odbytnicy. Pomiary w czasie rzeczywistym dawki pochłoniętej w przypadku guzów nosowo-gardłowych lub mózgu mogą być również możliwe, jeśli w górnej części jamy nosowej można umieścić kapsułkę o mniejszym rozmiarze.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Kupuj i sprzedawaj akcje spółek PRE-IPO z PREIPO®. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/swallowable-x-ray-dosimeter-monitors-radiotherapy-in-real-time/