Arkusz kropek kwantowych poprawia obrazowanie dawki radioterapii przez Czerenkowa

Obrazowanie Czerenkowa umożliwia wizualizację w czasie rzeczywistym wiązek promieniowania na ciele pacjenta i zapewnia środki do oceny dokładności dostarczania radioterapii. Naukowcy z Chin opracowali teraz sposób na poprawę jakości obrazów Czerenkowa za pomocą elastycznego, nietoksycznego arkusza węglowych kropek kwantowych (cQD) przymocowanego do pacjenta.

Światło Czerenkowa powstaje, gdy naładowane cząstki poruszają się z prędkością większą niż prędkość fazowa światła w tkance. Intensywność sygnału jest proporcjonalna do dostarczonej dawki promieniowania, ujawniając dokładną dawkę, która została dostarczona podczas leczenia. Technika obrazowania optycznego oferuje wysoką rozdzielczość przestrzenną, wysoką czułość i dużą szybkość obrazowania w porównaniu z konwencjonalnymi metodami pomiaru dawki promieniowania.

Intensywność emisji Czerenkowa jest jednak niewielka, a emitowane fotony są rozpraszane i absorbowane przez tkankę. Z tego powodu standardowe kamery ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) mają trudności z odbieraniem sygnału. Zamiast tego stosowane są droższe, wzmocnione kamery CMOS/CCD.

cQD mają widma absorpcyjne, które pokrywają się z widmami emisyjnymi Czerenkowa; następnie emitują luminescencję na dłuższych falach. Powłoka cQD, opracowana i przetestowana w Katedrze Nauki i Techniki Jądrowej UW Uniwersytet Aeronautyki i Astronautyki w Nanjing, można zatem wykorzystać do przesunięcia emisji Czerenkowa w celu dopasowania do optymalnej długości fali czułego obszaru wykrywania kamery CCD.

Po umieszczeniu arkusza cQD emisja optyczna składa się z fotonów Czerenkowa generowanych na powierzchniowej powierzchni tkanki, fluorescencji wzbudzanej przez fotony Czerenkowa oraz radioluminescencji generowanej w cQD. Zwiększa to całkowity sygnał optyczny i poprawia jakość obrazu oraz stosunek sygnału do szumu (SNR) pozyskanych obrazów.

Główny śledczy Changran Geng i współpracownicy stworzyli arkusze cQD przy użyciu roztworu cQD o średnicy 10 nm i kleju utwardzanego promieniowaniem UV. Tę mieszaninę naniesiono metodą wirowania na podłoże pokryte folią z tworzywa sztucznego i zestalono lampą UV. Plastikowe podłoże zapewnia, że ​​materiał scyntylacyjny nie ma bezpośredniego kontaktu ze skórą.

Otrzymany arkusz cQD miał grubość 222 ± 5 µm i średnicę 15 cm i był wystarczająco elastyczny, aby dopasować się do powierzchni pacjenta. Zespół zauważa, że ​​folia cQD jest prawie przezroczysta i nie blokuje emisji Czerenkowa z tkanek.

Zgłaszanie swoich ustaleń w Fizyka medyczna, naukowcy początkowo przetestowali arkusze cQD na płycie z litej wody pokrytej 2-milimetrową warstwą jasnej gliny w kolorze skóry, aby naśladować właściwości optyczne skóry. Ocenili zależność między intensywnością optyczną a dostarczoną dawką przy użyciu stężeń cQD 0, 0.05 i 0.1 mg/ml, dostarczonych dawek 100–500 MU oraz wiązek 6 i 10 MV. Zaobserwowali liniową zależność między intensywnością optyczną a dawką zarówno dla fotonów 6, jak i 10 MV. Dodanie arkusza cQD ponad dwukrotnie zwiększyło SNR w obu przypadkach.

Następnie zespół zbadał działanie arkuszy cQD na antropomorficznym fantomie przy użyciu różnych materiałów do radioterapii i różnych źródeł światła otoczenia. Emisja światła z powierzchni różnych materiałów była o ponad 60% wyższa z arkuszami cQD niż bez. Konkretnie, średnia intensywność optyczna wzrosła o około 69.25%, 63.72% i 61.78% po dodaniu arkusza cQD odpowiednio do bolusa, próbki maski i kombinacji bolusa i maski. Odpowiednie współczynniki SNR poprawiły się o około 62.78%, 56.77% i 68.80%.

W świetle otoczenia z czerwonej diody LED można było uzyskać obrazy optyczne o współczynniku SNR większym niż 5 przez folię. Dodanie filtra środkowoprzepustowego zwiększyło SNR o około 98.85%.

„Dzięki połączeniu arkuszy cQD i odpowiedniego filtra można znacznie zwiększyć intensywność światła i SNR obrazów optycznych” – piszą naukowcy. „Rzuca to nowe światło na promocję klinicznego zastosowania obrazowania optycznego do wizualizacji wiązki w radioterapii z szybszym i tańszym procesem akwizycji obrazu”.

Obrazowanie Czerenkowa do wizualizacji radioterapii: jeden rok stosowania klinicznego

opowiada Geng Świat Fizyki że zespół aktywnie kontynuuje swoje badania na wiele sposobów. Jednym z przykładów jest badanie obrazowania Czerenkowa do zastosowania w radioterapii wiązką elektronów bliznowców, łagodnych zmian włóknistych powstałych w wyniku nieprawidłowej reakcji gojenia.

„Niektóre badania wykazały, że pooperacyjna radioterapia wiązką elektronów może zmniejszyć częstość nawrotów keloidów” – wyjaśnia Geng. „Jednak niedokładne dostawy są często związane ze zmianami parametrów wiązki elektronów, a także niepewnością ustawienia pacjenta lub ruchami oddechowymi. Może to prowadzić do niedostatecznej lub nadmiernej dawki w niedopasowanych sąsiednich polach, potencjalnie powodując uszkodzenie tkanki normalnej skóry lub nawrót keloidu. Próbujemy wykorzystać technologię obrazowania Czerenkowa z arkuszami cQD do pomiaru dopasowania sąsiednich pól promieniowania dostarczanych podczas radioterapii elektronami keloidowymi w czasie rzeczywistym”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/