O foaie de puncte cuantice îmbunătățește imagistica Cherenkov a dozei de radioterapie

Imagistica Cherenkov permite vizualizarea în timp real a fasciculelor de radiații pe corpul unui pacient și oferă un mijloc de evaluare a acurateței administrării radioterapiei. Cercetătorii din China au dezvoltat acum o modalitate de a îmbunătăți calitatea imaginilor Cherenkov folosind o foaie flexibilă, non-toxică de puncte cuantice de carbon (cQD) atașată pacientului.

Lumina Cherenkov este produsă atunci când particulele încărcate călătoresc cu o viteză mai mare decât viteza de fază a luminii în țesut. Intensitatea semnalului este proporțională cu doza de radiație eliberată, dezvăluind doza precisă care este eliberată în timpul tratamentului. Tehnica imagistică optică oferă rezoluție spațială mare, sensibilitate ridicată și viteză rapidă a imaginii în comparație cu metodele convenționale de măsurare a dozei de radiații.

Intensitatea emisiei Cherenkov este însă scăzută, iar fotonii emiși sunt împrăștiați și absorbiți de țesut. Din acest motiv, camerele standard cu dispozitive cuplate cu încărcare (CCD) au dificultăți în colectarea semnalului. În schimb, sunt folosite camere CMOS/CCD intensificate mai scumpe.

CQD-urile au spectre de absorbție care se suprapun cu spectrele de emisie Cherenkov; emit apoi luminiscență la lungimi de undă mai mari. Foaia cQD, dezvoltată și testată la Departamentul de Știință și Tehnologie Nucleară din Universitatea de Aeronautică și Astronautică din Nanjing, Prin urmare, poate fi folosit pentru a modifica emisia Cherenkov pentru a se potrivi cu lungimea de undă optimă a regiunii sensibile de detecție a unei camere CCD.

Cu folia cQD la locul lor, emisia optică este compusă din fotoni Cherenkov generați în suprafața superficială a țesutului, fluorescența excitată de fotonii Cherenkov și radioluminiscența generată în cQD. Aceasta crește semnalul optic total și îmbunătățește calitatea imaginii și raportul semnal-zgomot (SNR) al imaginilor achiziționate.

Investigator principal Changran Geng și colegii au creat folie cQD folosind o soluție de cQD cu diametrul de 10 nm și adeziv întăribil cu UV. Acest amestec a fost acoperit prin centrifugare pe un substrat acoperit cu folie de plastic și solidificat cu o lampă UV. Substratul din plastic asigură că materialul de scintilație nu intră în contact direct cu pielea.

Foaia cQD rezultată a avut o grosime de 222±5 um și un diametru de 15 cm și a fost suficient de flexibilă pentru a se conforma suprafeței pacientului. Echipa observă că folia cQD este aproape transparentă și nu blochează emisia Cherenkov din țesuturi.

Raportând constatările lor în Fizică medicală, cercetătorii au testat inițial folia cQD pe o placă solidă de apă acoperită cu un strat de 2 mm de argilă deschisă la culoarea pielii pentru a imita proprietățile optice ale pielii. Ei au evaluat relația dintre intensitatea optică și doza eliberată folosind concentrații cQD de 0, 0.05 și 0.1 mg/ml, doze eliberate de 100-500 MU și fascicule de 6 și 10 MV. Ei au observat o relație liniară între intensitatea optică și doză pentru fotonii de 6 și 10 MV. Adăugarea foii cQD a dublat SNR-ul în ambele cazuri.

Echipa a examinat apoi performanța foii cQD pe o fantomă antropomorfă folosind diferite materiale de radioterapie și diverse surse de lumină ambientală. Emisia de lumină de la suprafața diferitelor materiale a fost cu peste 60% mai mare cu foile cQD decât fără. Mai exact, intensitatea optică medie a crescut cu aproximativ 69.25%, 63.72% și 61.78% atunci când se adaugă folie cQD la bolus, eșantion de mască și, respectiv, o combinație de bolus și mască. SNR-urile corespunzătoare s-au îmbunătățit cu aproximativ 62.78%, 56.77% și 68.80%.

Sub lumina ambientală de la un LED roșu, imagini optice cu un SNR mai mare de 5 au putut fi obținute prin folie. Adăugarea unui filtru trece-bandă a crescut SNR cu aproximativ 98.85%.

„Printr-o combinație de folie cQD și filtrul corespunzător, intensitatea luminii și SNR ale imaginilor optice pot fi crescute semnificativ”, scriu cercetătorii. „Acest lucru aruncă o lumină nouă asupra promovării aplicării clinice a imaginilor optice pentru a vizualiza fasciculul în radioterapie cu un proces de achiziție de imagini mai rapid și mai puțin costisitor.”

Imagistica Cherenkov pentru vizualizarea radioterapiei: un an de utilizare clinică

spune Geng Lumea fizicii că echipa își continuă activ cercetările în multe feluri. Un exemplu este investigarea imagistică Cherenkov pentru utilizarea cu radioterapie cu fascicul de electroni a cheloizilor, leziuni fibroase benigne care decurg dintr-un răspuns anormal de vindecare.

„Unele studii au indicat că radioterapia postoperatorie cu fascicul de electroni poate reduce ratele recurenței cheloidelor”, explică Geng. „Cu toate acestea, livrările inexacte sunt de obicei asociate cu variația parametrilor fasciculului de electroni, precum și cu incertitudinile de configurare ale pacientului sau cu mișcările respiratorii. Acestea pot duce la doze insuficiente sau excesive la câmpurile adiacente nepotrivite, provocând potențial leziuni tisulare ale pielii normale sau recidive cheloide. Încercăm să folosim tehnologia de imagistică Cherenkov cu folie cQD pentru a măsura potrivirea câmpurilor de radiații adiacente furnizate în timpul radioterapiei cu electroni cheloizi în timp real.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/