Pictura cu protoni: fasciculele de tratament recreează opere de artă – Physics World

Terapia cu protoni cu intensitate modulată (IMPT) este o tehnică avansată de tratare a cancerului care utilizează fascicule înguste de protoni asemănătoare unui creion – pictați punct cu punct și strat cu strat în interiorul pacientului – pentru a furniza radiații în modele de doze foarte complexe. Combinat cu tehnici sofisticate de planificare a tratamentului, IMPT poate modela doza de protoni pentru a se potrivi cu tumora vizată cu o acuratețe fără precedent, maximizând distrugerea celulelor canceroase, minimizând în același timp deteriorarea țesutului sănătos din apropiere.

Căutând să arate puterea impresionantă a IMPT de a crea distribuții complexe ale dozelor, fizicianul medical Lee Xu de la Centrul de protoni din New York a venit cu o abordare neobișnuită – a folosit fascicule de protoni pentru a recrea o serie de picturi binecunoscute ca planuri de tratament, folosind eficient protonii ca o pensulă.

„Când am intrat prima dată în acest domeniu, îmi amintesc că m-am uitat la planurile de tratament și am fost uimit de cât de frumoase erau. Mi-au părut într-adevăr ca niște opere de artă”, spune Xu Lumea fizicii. „Pe măsură ce petreceam din ce în ce mai mult timp observând planificarea tratamentului, mi-am dat seama cât de asemănători erau dozimetriștii cu artiștii. Singura diferență a fost într-adevăr mediul pe care l-au folosit și pânza pe care au aplicat mediul.”

Xu a ales cinci picturi binecunoscute – Fata cu cercel de perla de Johannes Vermeer, Noaptea înstelată de Vincent van Gogh, Țipătul de Edvard Munch, Compoziție cu roșu, albastru și galben de Piet Mondrian, și Fiu al omului de René Magritte – pentru a recrea în sistemul de planificare a tratamentului Eclipse v16.1, partajând imaginile rezultate în Dosimetrie medicală.

Pentru a genera fiecare „pictură”, sistemul de planificare a folosit protoni clinici cu energii de 70–250 MeV pentru a depune „vopsea” (doză de radiație) pe o „pânză” (o fantomă de apă), cu o prescripție totală de 100 Gy în 50 de fracții. . Fiecare plan de tratament a folosit între unul și șase câmpuri de protoni direcționate pe partea din față a pânzei, cu izocentrul plasat la o adâncime de 10 cm.

Procesul începe într-un mod similar cu o lucrare de artă tradițională - prin crearea unei schițe preliminare pe pânză pentru a determina aspectul general, în acest caz folosind instrumentul pensulă 2D din spațiul de lucru de conturare al Eclipse. Apoi, elemente cheie, cum ar fi cerul și pământul, sunt delimitate ca contururi și împărțite în structuri separate pentru a reprezenta diferite culori, tonuri și texturi. În unele cazuri, Xu a folosit o subdiviziune finală în structuri și mai mici (până la 65 pentru cea mai complexă pictură) pentru a reflecta detalii mai complicate.

Xu a atribuit diferite culori diferitelor niveluri de izodoză între 0 și 100 Gy la intervale de aproximativ 300 cGy. Apoi a optimizat planurile de tratament pentru a depune în pânză doze care au obținut culoarea dorită în fiecare regiune. Xu observă că distribuția finală a dozei a fost calculată folosind același algoritm de convoluție-superpunere a protonilor folosit în clinica sa.

„După ce m-am familiarizat cu terapia cu protoni cu scanare cu fascicul creion, mi-am dat seama că posibilitățile de pictare a dozelor folosind protoni erau aproape nelimitate”, spune Xu. „Mi-am dorit foarte mult să văd cât de departe îl pot împinge și ce modalitate mai bună decât să recreez unele dintre picturile mele preferate folosind fascicule de protoni. Deși am această idee de aproape cinci ani, abia recent am avut timpul și răbdarea să o duc la bun sfârșit.”

Recreările finale au prezentat o asemănare marcată cu operele de artă originale, cu o rezoluție suficientă pentru a elucida detaliile fine. Xu notează că fiecare pictură este de fapt o operă de artă tridimensională și poate fi văzută la mai multe adâncimi în fantoma apei.

Poate scanarea cu fascicul creion să permită terapia cu protoni fără portal?

Pe lângă faptul că sunt o demonstrație impresionantă a tehnologiei medicale de ultimă oră, picturile au un scop suplimentar. Xu are în vedere că ar putea acționa ca un instrument educațional, pentru a ajuta pacienții care urmează un tratament să înțeleagă principiile generale ale terapiei cu protoni sau chiar pentru a ajuta studenții la fizica medicală și medicală să înțeleagă mai bine fizica protonilor și dozimetria utilizând o serie de picturi adnotate.

„Sper că această lucrare arată cât de departe am ajuns de pe vremea planificării 2D și cum tehnologia modernă ne-a permis să oferim îngrijiri foarte bine direcționate, care sunt specifice fiecărui pacient”, adaugă Xu. „Sper, de asemenea, că această lucrare servește ca un memento pentru noi toți în domeniul oncologiei radiațiilor și fizicii medicale că, deși adesea ne considerăm oameni de știință sau clinicieni, în adâncul nostru suntem și artiști; și fără artă, domeniul nostru nu ar fi același.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/