Malowanie protonami: wiązki lecznicze odtwarzają dzieła sztuki – Świat Fizyki

Terapia protonowa z modulowaną intensywnością (IMPT) to zaawansowana technika leczenia raka, która wykorzystuje wąskie, przypominające ołówek wiązki protonów – malowane punkt po punkcie i warstwa po warstwie w obrębie pacjenta – w celu dostarczania promieniowania w bardzo złożonych wzorach dawek. W połączeniu z wyrafinowanymi technikami planowania leczenia, IMPT może z niespotykaną dotąd dokładnością kształtować dawkę protonów tak, aby odpowiadała docelowemu nowotworowi, maksymalizując zniszczenie komórek nowotworowych, minimalizując jednocześnie uszkodzenia pobliskich zdrowych tkanek.

Pragnąc zaprezentować imponującą moc IMPT w tworzeniu skomplikowanych rozkładów dawek, fizyk medyczny Lee Xu z Centrum Protonów w Nowym Jorku zaproponował niecodzienne podejście – za pomocą wiązek protonowych ołówków odtworzył serię znanych obrazów jako plany leczenia, skutecznie wykorzystując protony jako pędzel.

„Pamiętam, że kiedy po raz pierwszy wkroczyłem w tę dziedzinę, patrzyłem na plany leczenia i byłem zdumiony ich pięknem. Dla mnie naprawdę wyglądały jak dzieła sztuki” – mówi Xu Świat Fizyki. „W miarę jak spędzałem coraz więcej czasu na obserwacji planowania leczenia, zdałem sobie sprawę, jak podobni są dozymetryści do artystów. Tak naprawdę jedyną różnicą było użyte medium i płótno, na które je nałożono”.

Xu wybrał pięć znanych obrazów – Dziewczyna z perłą przez Johannesa Vermeera, Gwieździsta noc przez Vincenta van Gogha, Krzyk przez Edvarda Muncha, Kompozycja z czerwonym, niebieskim i żółtym przez Pieta Mondriana i Syn mężczyzny autor: René Magritte – do odtworzenia w systemie planowania leczenia Eclipse v16.1, udostępniając powstałe obrazy w Dozymetria medyczna.

Do wygenerowania każdego „obrazu” system planowania wykorzystywał protony kliniczne o energiach 70–250 MeV do osadzania „farby” (dawki promieniowania) na „płótnie” (fantomie wodnym), przy całkowitym zaleceniu 100 Gy w 50 frakcjach . Każdy plan leczenia wykorzystywał od jednego do sześciu pól protonowych skierowanych na przód płótna, z izocentrum umieszczonym na głębokości 10 cm.

Proces rozpoczyna się w podobny sposób jak w przypadku tradycyjnej grafiki – od utworzenia wstępnego szkicu na płótnie w celu określenia ogólnego układu, w tym przypadku za pomocą narzędzia Pędzel 2D w obszarze roboczym konturowania Eclipse. Następnie kluczowe elementy, takie jak niebo i ziemia, są wyznaczane w postaci konturów i dzielone na osobne struktury reprezentujące różne kolory, odcienie i tekstury. W niektórych przypadkach Xu zastosował ostateczny podział na jeszcze mniejsze struktury (do 65 w przypadku najbardziej złożonego malarstwa), aby odzwierciedlić bardziej skomplikowane szczegóły.

Xu przypisał różne kolory różnym poziomom izodozy od 0 do 100 Gy w odstępach około 300 cGy. Następnie zoptymalizował plany leczenia, umieszczając na płótnie dawki, które pozwoliły uzyskać pożądany kolor w każdym regionie. Xu zauważa, że ​​ostateczny rozkład dawki obliczono przy użyciu tego samego algorytmu splotu protonów i superpozycji, jaki zastosowano w jego klinice.

„Po zapoznaniu się z terapią protonową skanującą wiązką ołówkową zdałem sobie sprawę, że możliwości malowania dawką za pomocą protonów są niemal nieograniczone” – mówi Xu. „Naprawdę chciałem zobaczyć, jak daleko mogę się posunąć i czy istnieje lepszy sposób niż odtworzenie niektórych z moich ulubionych obrazów przy użyciu wiązek protonów. Chociaż nosiłem się z tym pomysłem już od prawie pięciu lat, dopiero niedawno miałem czas i cierpliwość, aby go urzeczywistnić”.

Ostateczne odtworzenia wykazywały wyraźne podobieństwo do oryginalnych dzieł sztuki i miały wystarczającą rozdzielczość, aby wyjaśnić drobne szczegóły. Xu zauważa, że ​​każdy obraz jest w rzeczywistości trójwymiarowym dziełem sztuki i można go oglądać na wielu głębokościach w widmie wodnym.

Czy skanowanie wiązką ołówkową może umożliwić terapię protonową bez gantry?

Oprócz tego, że są imponującą demonstracją najnowocześniejszej technologii medycznej, obrazy służą także dodatkowemu celowi. Xu przewiduje, że mogłyby one pełnić funkcję narzędzia edukacyjnego, pomagając pacjentom poddawanym leczeniu zrozumieć ogólne zasady terapii protonowej, a nawet pomóc studentom medycyny i fizyki medycznej w lepszym zrozumieniu fizyki protonów i dozymetrii za pomocą serii obrazów z adnotacjami.

„Mam nadzieję, że ten artykuł pokaże, jak daleko zaszliśmy od czasów planowania 2D i jak nowoczesna technologia pozwoliła nam zapewnić wysoce ukierunkowaną opiekę, specyficzną dla każdego pacjenta” – dodaje Xu. „Mam również nadzieję, że ta praca przypomni nam wszystkim zajmującym się radioterapią onkologiczną i fizyką medyczną, że chociaż często uważamy się za naukowców lub klinicystów, w głębi duszy jesteśmy także artystami; bez sztuki nasza dziedzina nie byłaby taka sama.”

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/