Dozimetrul cu raze X înghițibil monitorizează radioterapia în timp real – Physics World

Cercetătorii din Singapore și China au dezvoltat un dozimetru cu raze X care poate fi înghițit de dimensiunea unei capsule mari de pastile care poate monitoriza radioterapia gastrointestinală în timp real. În testele de dovadă a conceptului pe iepuri iradiați, prototipul lor sa dovedit de aproximativ cinci ori mai precis decât măsurile standard actuale pentru monitorizarea dozei administrate.

Capacitatea de a monitoriza cu precizie radioterapia în timp real în timpul tratamentului ar permite evaluarea in situ doza de radiații absorbită în organe care limitează doza, cum ar fi stomacul, ficatul, rinichii și măduva spinării. Acest lucru ar putea face tratamentele cu radiații mai sigure și mai eficiente, reducând potențial severitatea efectelor secundare. Cu toate acestea, măsurarea dozei eliberate și absorbite în timpul radioterapiei tumorilor gastrointestinale este o sarcină dificilă.

Noul dozimetru, descris în Natura Inginerie biomedicala, ar putea schimba asta. Capsula de 18 x 7 mm conține o fibră optică flexibilă încorporată cu nanoscintilatoare persistente dopate cu lantanide. Dispozitivul ingerabil include, de asemenea, o peliculă de polianilină sensibilă la pH, un modul fluidic pentru prelevarea dinamică a lichidului gastric, senzori de doză și pH, un microcontroler la bord și o baterie cu oxid de argint pentru alimentarea capsulei.

Primii autori Bo Hou și Luying Yi ai Universitatea Națională din Singapore iar co-cercetătorii explică că nanoscintilatoarele generează radioluminiscență în prezența radiației de raze X, care se propagă la capetele fibrei prin reflexie internă totală. Senzorul de doză măsoară acest semnal luminos pentru a determina radiația furnizată în zona vizată.

Pe lângă dozimetria cu raze X, capsula măsoară și modificările fiziologice ale pH-ului și temperaturii în timpul tratamentului. Filmul de polialinină își schimbă culoarea în funcție de pH-ul lichidului gastric din modulul fluidic; pH-ul este apoi măsurat prin raportul de contrast de culoare al senzorului de pH, care analizează lumina după ce trece prin film. În plus, strălucirea ulterioară a nanoscintilatoarelor după iradiere poate fi utilizată ca sursă de lumină auto-susținătoare pentru a monitoriza continuu modificările dinamice ale pH-ului timp de câteva ore, fără a fi nevoie de excitație externă. Cercetătorii subliniază că această capacitate nu este încă disponibilă cu capsulele de pH existente.

Semnalele fotoelectrice de la cei doi senzori sunt procesate de un circuit integrat de detectare care transmite fără fir informații către o aplicație pentru telefonul mobil. Odată activată, aplicația poate primi date de la capsulă în timp real prin transmisie Bluetooth. Date precum doza de radiație absorbită și temperatura și pH-ul țesuturilor pot fi afișate grafic, stocate local sau încărcate pe serverele cloud pentru stocarea permanentă și diseminarea datelor.

Inainte de in vivo de testare, cercetătorii au evaluat răspunsul la doză al nanoscintilatoarelor. Ei au folosit un model de regresie bazat pe rețea neuronală pentru a estima doza de radiație din datele de radioluminiscență, luminozitate și temperatură. Ei au dezvoltat modelul folosind peste 3000 de puncte de date înregistrate în timpul expunerii capsulei la raze X la rate de doză de la 1 la 16.68 mGy/min și la temperaturi de 32 până la 46 ℃.

Echipa a descoperit că atât intensitățile de radioluminiscență, cât și cele de luminozitate sunt direct proporționale cu variațiile dozei, sugerând că combinarea celor două va duce la estimări mai precise ale dozei absorbite.

Apoi, cercetătorii au validat performanța dozimetrului la trei iepuri adulți anesteziați. După introducerea chirurgicală a unei capsule în stomacul fiecărui animal, ei au efectuat scanări CT pentru a identifica poziția și unghiul precis al capsulei. Apoi au iradiat fiecare animal de mai multe ori pe o perioadă de timp de 10 ore folosind o rată progresivă a dozei cu raze X.

„Dozimetrul nostru fără fir a determinat cu precizie doza de radiații în stomac, precum și schimbările minute ale pH-ului și temperaturii, în timp real”, raportează echipa. „Capsula introdusă în cavitatea gastrointestinală a fost capabilă să detecteze rapid modificările pH-ului și temperaturii în apropierea organelor iradiate.”

Capsulă minusculă ingerabilă ajută la tratarea tulburărilor gastrointestinale

Înainte ca capsula dozimetrului să poată fi testată clinic, trebuie dezvoltat un sistem de poziționare pentru a o plasa și ancora la locul țintă după ce a fost înghițită. O calibrare mai bună și mai precisă a conversiei de la semnal optic în doză absorbită este, de asemenea, necesară înainte de evaluarea clinică.

Potențialul noului dozimetru se extinde dincolo de aplicațiile gastrointestinale. Cercetătorii au în vedere utilizarea sa pentru monitorizarea dozei de brahiterapie a cancerului de prostată, de exemplu, folosind o capsulă ancorată în rect. Măsurătorile în timp real ale dozei absorbite în tumorile nazofaringiene sau cerebrale pot fi, de asemenea, fezabile dacă o capsulă de dimensiuni mai mici poate fi plasată în cavitatea nazală superioară.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Cumpărați și vindeți acțiuni în companii PRE-IPO cu PREIPO®. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/swallowable-x-ray-dosimeter-monitors-radiotherapy-in-real-time/