Uma folha de pontos quânticos aprimora a imagem de Cherenkov da dose de radioterapia

A imagem de Cherenkov permite a visualização em tempo real dos feixes de radiação no corpo do paciente e fornece um meio de avaliar a precisão da aplicação da radioterapia. Pesquisadores na China desenvolveram agora uma maneira de melhorar a qualidade das imagens de Cherenkov usando uma folha flexível e não tóxica de pontos quânticos de carbono (cQDs) anexada ao paciente.

A luz 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 administrada, revelando a dose precisa administrada durante o tratamento. A técnica de imagem óptica oferece alta resolução espacial, alta sensibilidade e rápida velocidade de imagem em comparação com métodos convencionais de medição de dose de radiação.

A intensidade da emissão de Cherenkov é baixa, entretanto, e os fótons emitidos são espalhados e absorvidos pelo tecido. Por causa disso, as câmeras padrão de dispositivo de carga acoplada (CCD) têm dificuldade em coletar o sinal. Em vez disso, estão sendo usadas câmeras CMOS/CCD intensificadas mais caras.

Os cQDs possuem espectros de absorção que se sobrepõem aos espectros de emissão de Cherenkov; eles então emitem luminescência em comprimentos de onda mais longos. A folha cQD, desenvolvida e testada no Departamento de Ciência e Tecnologia Nuclear de Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Nanjing, pode, portanto, ser usado para mudar a emissão Cherenkov para corresponder ao comprimento de onda ideal da região de detecção sensível de uma câmera CCD.

Com a cobertura cQD instalada, a emissão óptica é composta por fótons Cherenkov gerados na superfície superficial do tecido, fluorescência excitada pelos fótons Cherenkov e radioluminescência gerada nos cQDs. Isso aumenta o sinal óptico total e melhora a qualidade da imagem e a relação sinal-ruído (SNR) das imagens adquiridas.

Investigador principal Changran Geng e colegas criaram a cobertura cQD usando uma solução de cQDs de 10 nm de diâmetro e adesivo curável por UV. Esta mistura foi revestida por rotação sobre um substrato revestido com uma película de plástico e solidificada com uma lâmpada UV. O substrato plástico garante que o material cintilante não entre em contato direto com a pele.

A cobertura cQD resultante tinha uma espessura de 222±5 µm e um diâmetro de 15 cm, e era flexível o suficiente para se adaptar à superfície do paciente. A equipe observa que a cobertura cQD é quase transparente e não bloqueia a emissão Cherenkov dos tecidos.

Relatando suas descobertas em Física Médica, os pesquisadores testaram inicialmente a cobertura cQD em uma placa de água sólida coberta com uma camada de 2 mm de argila de cor clara no tom da pele para imitar as propriedades ópticas da pele. Eles avaliaram a relação entre a intensidade óptica e a dose administrada usando concentrações de cQD de 0, 0.05 e 0.1 mg/ml, doses administradas de 100–500 MU e feixes de 6 e 10 MV. Eles observaram uma relação linear entre intensidade óptica e dose para fótons de 6 e 10 MV. A adição da folha cQD mais que dobrou o SNR em ambos os casos.

A equipe então examinou o desempenho da cobertura cQD em um fantasma antropomórfico usando diferentes materiais de radioterapia e várias fontes de luz ambiente. A emissão de luz da superfície dos vários materiais foi 60% maior com a cobertura cQD do que sem ela. Especificamente, a intensidade óptica média aumentou cerca de 69.25%, 63.72% e 61.78% ao adicionar cobertura de cQD ao bolus, máscara de amostra e uma combinação de bolus e máscara, respectivamente. Os SNRs correspondentes melhoraram cerca de 62.78%, 56.77% e 68.80%.

Sob luz ambiente de um LED vermelho, imagens ópticas com SNR superior a 5 poderiam ser obtidas através da cobertura. Adicionar um filtro passa-banda aumentou o SNR em cerca de 98.85%.

“Através de uma combinação de cobertura cQD e filtro correspondente, a intensidade da luz e o SNR das imagens ópticas podem ser aumentados significativamente”, escrevem os pesquisadores. “Isso lança uma nova luz sobre a promoção da aplicação clínica de imagens ópticas para visualizar o feixe em radioterapia com um processo de aquisição de imagem mais rápido e menos dispendioso.”

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

Geng conta Mundo da física que a equipe está continuando ativamente sua pesquisa de várias maneiras. Um exemplo é a investigação de imagens de Cherenkov para uso com radioterapia por feixe de elétrons de quelóides, lesões fibrosas benignas decorrentes de uma resposta de cura anormal.

“Alguns estudos indicaram que a radioterapia pós-operatória por feixe de elétrons pode reduzir as taxas de recorrência de quelóide”, explica Geng. “No entanto, entregas imprecisas são comumente associadas à variação dos parâmetros do feixe de elétrons, bem como às incertezas de configuração ou movimentos respiratórios do paciente. Estes podem levar a uma dose insuficiente ou excessiva nos campos adjacentes incompatíveis, podendo causar danos nos tecidos da pele normal ou recorrência de queloide. Estamos tentando usar a tecnologia de imagem Cherenkov com cobertura cQD para medir a correspondência de campos de radiação adjacentes fornecidos durante a radioterapia com elétrons quelóides em tempo real.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/