A imagem de Cherenkov com resolução de cores melhora a precisão do monitoramento da dose de radioterapia

A imagem de Cherenkov durante a radioterapia permite a visualização em tempo real e o mapeamento dos feixes de radiação à medida que eles fornecem a dose ao corpo do paciente, fornecendo uma maneira de avaliar a precisão da administração do tratamento em tempo real. Ele também está sendo amplamente testado em laboratórios de pesquisa em todo o mundo como uma ferramenta para quantificar as doses reais de radiação administradas aos pacientes, de uma forma que não é afetada pela cor da pele.

A técnica de imagem óptica oferece os benefícios de alta resolução espacial, alta sensibilidade e velocidade de imagem rápida em comparação com métodos convencionais para medir a dose de radiação. Mas ainda há desafios a serem superados antes que todos os seus recursos possam ser adotados para uso clínico.

A radiação de Cherenkov é produzida quando partículas carregadas viajam a uma velocidade maior que a velocidade de fase da luz no tecido. A intensidade do sinal é proporcional à dose de radiação entregue e, em um cenário ideal, indica com precisão a dose entregue durante o tratamento de radioterapia.

Na realidade, porém, a atenuação tecidual reduz a intensidade da radiação Cherenkov emitida e altera a relação linear entre a dose depositada e a emissão Cherenkov observada. Por causa disso, o sinal de Cherenkov do tecido humano ainda não é interpretado com precisão como totalmente proporcional à dose.

Pesquisadores em Dartmouth College e os votos de University of Wisconsin-Madison estão trabalhando para tornar a imagem de Cherenkov um indicador confiável da dose de radiação. Em um estudo recente relatado no Revista de Óptica Biomédica, eles usaram uma câmera intensificada de três canais com controle de tempo para obter imagens dos comprimentos de onda vermelho, verde e azul da emissão de Cherenkov de vários fantasmas de tecido. Eles levantam a hipótese de que a intensidade da emissão de Cherenkov muda com variações nas características de absorção biológica – como a concentração de sangue no tecido e a concentração de melanina na pele humana com diferentes níveis de pigmentação.

“A absorção e a dispersão dos tecidos podem causar uma grande variação entre os pacientes nas emissões de Cherenkov detectadas”, explica o investigador principal Brian Pogue, do Escola de Medicina e Saúde Pública da Universidade de Wisconsin-Madison e de Dartmouth Thayer School of Engineering. “Sabemos que a variação na cor da pele pode alterar o nível do sinal em até 90%, e mudanças no sangue ou no conteúdo de dispersão podem causar variação de sinal de até 20%.

“Realizamos nosso estudo para entender melhor como as propriedades ópticas do tecido afetam as cores de emissão da luz Cherenkov e para começar a identificar maneiras de usar o espectro da luz para calibração ou correção dos efeitos de atenuação do tecido”, explica ele.

Para o estudo, Pogue e seus colegas prepararam fantomas de tecido e sangue com níveis variados de melanina e volume de sangue. Eles criaram camadas epidérmicas sintéticas de 0.1 mm de espessura contendo sete concentrações diferentes de melanina sintética que correspondem às da pele humana e, em seguida, colocaram essas camadas em cima de fantasmas de tecido espesso. Os pesquisadores também testaram sete fantasmas de sangue com concentrações sanguíneas variando de tecido adiposo até tecido muscular altamente vascularizado.

Os pesquisadores irradiaram os fantasmas com uma dose de 3 Gy usando fótons de 6 MV e feixes de elétrons de 6 MeV e adquiriram imagens para cada canal de cor. As aquisições foram controladas por tempo para o linac, para capturar a emissão de Cherenkov apenas durante os pulsos de radiação de microssegundos sem luz ambiente de fundo. Eles observam que, para ambos os feixes, não houve emissão de Cherenkov observável para melanina acima de 0.0076 mg/ml (um nível médio alto).

A equipe relata que a emissão de Cherenkov dos fantasmas diminuiu à medida que a concentração de melanina aumentou. Níveis extremamente altos de melanina causaram uma redução significativa na emissão de Cherenkov, dificultando a realização de imagens em indivíduos com os tons de pele mais escuros.

A cor também fez diferença na geração de imagens de fantomas de sangue, com maior atenuação à medida que a concentração de sangue aumentava. O canal vermelho atenuou-se em menor grau do que os canais azul e verde, devido à absorção das cores azul e verde pela oxihemoglobina no sangue. “Essas descobertas sugerem que a imagem nos comprimentos de onda do vermelho e do infravermelho próximo será melhor”, comenta Pogue. “Além disso, ter caracterizado a quantidade de atenuação em cada faixa de cor facilitará a calibração da cor da pele.”

“Nossas descobertas apóiam a ideia de que a imagem colorida ou espectral de Cherenkov pode fornecer uma metodologia experimental para a separação da atenuação biológica da intensidade da geração física de Cherenkov com deposição de dose. O objetivo ideal seria usar a intensidade Cherenkov como um indicador da dose entregue no tecido, independentemente do volume de sangue dentro dele ou da cor da pele, usando correção de cor”, escrevem os pesquisadores.

Imagem de Cherenkov para visualização de radioterapia: um ano de uso clínico

A equipe iniciou um ensaio clínico com colaboradores da Centro de Câncer Moffitt, para obter imagens de pacientes com uma gama maior de variação de cor de pele e espera expandir o estudo para UWSaúde em Madison “Isso nos permitirá testar esse tipo de imagem em pacientes que representam melhor a gama normal de populações de pacientes com câncer”, diz Pogue Mundo da física. “Realmente queremos entender melhor a aparência das imagens e se podemos confiar nas imagens de Cherenkov para nos mostrar o padrão de entrega de radiação a todos os pacientes, independentemente da cor da pele.”

“Até agora, os dados parecem encorajadores”, acrescenta. “Como menos luz é emitida à medida que o conteúdo de melanina da pele aumenta, também estamos usando imagens coloridas para corrigir isso. Esperamos poder tornar o sistema amplamente independente da cor da pele. Acreditamos que a interpretação espectroscópica pode ajudar a relacionar melhor a emissão de Cherenkov com a dose de radiação ionizante fornecida durante a radioterapia”.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/colour-resolved-cherenkov-imaging-improves-the-accuracy-of-radiotherapy-dose-monitoring/