Черенковская визуализация с цветовым разрешением повышает точность мониторинга дозы лучевой терапии

Черенковская визуализация во время лучевой терапии позволяет в режиме реального времени визуализировать и картировать лучи излучения по мере того, как они доставляют дозу в тело пациента, предоставляя возможность оценить точность проведения лечения в режиме реального времени. Он также широко тестируется в исследовательских лабораториях по всему миру в качестве инструмента для количественной оценки фактических доз облучения, полученных пациентами, причем цвет кожи не зависит от этого.

Метод оптической визуализации предлагает преимущества высокого пространственного разрешения, высокой чувствительности и высокой скорости визуализации по сравнению с обычными методами измерения дозы облучения. Но есть еще проблемы, которые необходимо преодолеть, прежде чем все его возможности можно будет использовать для клинического использования.

Черенковское излучение возникает, когда заряженные частицы движутся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в ткани. Интенсивность сигнала пропорциональна доставленной дозе облучения и в идеальном сценарии точно указывает дозу, доставленную во время лучевой терапии.

В действительности, однако, тканевое затухание снижает интенсивность испускаемого черенковского излучения и изменяет линейную зависимость между осажденной дозой и наблюдаемым черенковским излучением. Из-за этого черенковский сигнал от тканей человека еще нельзя точно интерпретировать как полностью пропорциональный дозе.

Исследователи Колледж Дартмут и Университет Висконсин-Мэдисон работают над тем, чтобы сделать черенковскую визуализацию надежным индикатором дозы облучения. В недавнем исследовании, опубликованном в Журнал биомедицинской оптики, они использовали специальную трехканальную камеру с усилением и синхронизацией по времени для изображения красной, зеленой и синей длин волн излучения Черенкова от различных фантомов тканей. Они предполагают, что интенсивность черенковского излучения изменяется в зависимости от особенностей биологического поглощения, таких как концентрация крови в тканях и концентрация меланина в коже человека с разным уровнем пигментации.

«Поглощение и рассеяние ткани может вызвать большие различия среди пациентов в обнаруженных черенковских эмиссиях», — объясняет главный исследователь. Брайан Поуг, из Школа медицины и общественного здравоохранения Университета Висконсин-Мэдисон и Дартмутский Тейерская Школа Разработки. «Мы знаем, что изменение цвета кожи может изменить уровень сигнала до 90%, а изменения в крови или рассеянии могут вызвать изменение сигнала до 20%».

«Мы провели наше исследование, чтобы лучше понять, как оптические свойства ткани влияют на цвета излучения черенковского света, и начать определять способы использования спектра света для калибровки или коррекции эффектов затухания ткани», — объясняет он.

Для исследования Пог и его коллеги подготовили фантомы тканей и крови с различным уровнем меланина и объемом крови. Они создали синтетические эпидермальные слои толщиной 0.1 мм, содержащие семь различных концентраций синтетического меланина, которые соответствуют концентрациям в коже человека, а затем поместили эти слои поверх фантомов толстой объемной ткани. Исследователи также протестировали семь фантомов крови с концентрацией крови в диапазоне от жировой ткани до сильно васкуляризированной мышечной ткани.

Исследователи облучали фантомы дозой 3 Гр с использованием фотонов 6 МВ и электронных пучков 6 МэВ и получали изображения для каждого цветового канала. Сбор данных был синхронизирован с линейным ускорителем, чтобы регистрировать черенковское излучение только во время микросекундных импульсов излучения без фонового окружающего света. Они отмечают, что для обоих пучков не наблюдалось черенковской эмиссии для меланина выше 0.0076 мг/мл (средне-высокий уровень).

Команда сообщает, что излучение Черенкова от фантомов уменьшалось по мере увеличения концентрации меланина. Чрезвычайно высокие уровни меланина вызвали значительное снижение эмиссии Черенкова, что усложнило выполнение визуализации у людей с самым темным оттенком кожи.

Цвет также имел значение при визуализации фантомов крови с большим ослаблением по мере увеличения концентрации крови. Красный канал ослаблен в меньшей степени, чем синий и зеленый каналы, за счет поглощения синего и зеленого цветов оксигемоглобином в крови. «Эти результаты показывают, что изображения в красном и ближнем инфракрасном диапазоне будут лучше», — комментирует Поуг. «Кроме того, характеристика степени затухания в каждой цветовой полосе облегчит калибровку цвета кожи».

«Наши результаты подтверждают идею о том, что цветное или спектральное изображение Черенкова может обеспечить экспериментальную методологию для отделения биологического затухания интенсивности от физической генерации Черенкова с осаждением дозы. В идеале целью было бы использовать черенковскую интенсивность в качестве индикатора дозы, доставленной в ткань, независимо от объема крови в ней или цвета кожи, используя коррекцию цвета», — пишут исследователи.

Черенковская визуализация для визуализации лучевой терапии: один год клинического применения

Команда начала клиническое испытание с сотрудниками в Рак молочной железы, чтобы визуализировать пациентов с более широким диапазоном цветовых вариаций кожи, и надеется расширить исследование до UWHealth в Мэдисоне «Это позволит нам протестировать этот тип визуализации у пациентов, которые лучше представляют нормальный диапазон популяций больных раком», — говорит Пог. Мир физики. «Мы действительно хотим лучше понять, как выглядят изображения, и можем ли мы полагаться на изображение Черенкова, чтобы показать нам схему доставки излучения всем пациентам, независимо от их цвета кожи».

«Пока данные выглядят обнадеживающе», — добавляет он. «Поскольку по мере увеличения содержания меланина в коже излучается меньше света, мы также используем цветную визуализацию, чтобы исправить это. Мы надеемся, что сможем сделать систему в значительной степени независимой от цвета кожи. Мы считаем, что спектроскопическая интерпретация может помочь лучше связать излучение Черенкова с дозой ионизирующего излучения, полученной во время лучевой терапии».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/colour-resolved-cherenkov-imaging-improves-the-accuracy-of-radiotherapy-dose-monitoring/