Картина протонами: лечебные лучи воссоздают произведения искусства

Протонная терапия с модулированной интенсивностью (IMPT) — это передовая методика лечения рака, в которой используются узкие, похожие на карандаши пучки протонов, окрашенные точечно и слой за слоем внутри пациента, для доставки излучения с очень сложными схемами доз. В сочетании со сложными методами планирования лечения IMPT может с беспрецедентной точностью формировать дозу протонов, соответствующую целевой опухоли, максимизируя разрушение раковых клеток и сводя к минимуму повреждение близлежащих здоровых тканей.

Желая продемонстрировать впечатляющие возможности IMPT для создания сложных распределений доз, медицинский физик Ли Сюй из Нью-Йоркский протонный центр придумал необычный подход: он использовал протонные карандашные лучи, чтобы воссоздать серию известных картин в качестве планов лечения, эффективно используя протоны в качестве кисти.

«Когда я впервые пришла в эту область, я помню, как смотрела на планы лечения и была поражена тем, насколько они прекрасны. Мне они действительно показались произведениями искусства», — рассказывает Сюй. Мир физики. «Поскольку я проводил все больше и больше времени, наблюдая за планированием лечения, я понял, насколько похожи дозиметристы на художников. Единственная разница на самом деле заключалась в материале, который они использовали, и холсте, на который они наносили материал».

Сюй выбрал пять известных картин: Девушка с жемчужной сережкой Йоханнес Вермеер, Звездная ночь Винсент Ван Гог, Крик Эдвард Мунк, Композиция с красным, синим и желтым Пита Мондриана и Сын человека Рене Магритт – для воссоздания в системе планирования лечения Eclipse v16.1 и обмена полученными изображениями в Медицинская дозиметрия.

Для создания каждой «картины» система планирования использовала клинические протоны с энергией 70–250 МэВ для нанесения «краски» (дозы радиации) на «холст» (водный фантом) с общим назначением 100 Гр за 50 фракций. . В каждом плане лечения использовалось от одного до шести протонных полей, направленных на переднюю часть полотна, с изоцентром, расположенным на глубине 10 см.

Процесс начинается аналогично традиционному рисованию — с создания предварительного эскиза на холсте для определения общего макета, в данном случае с использованием инструмента «2D-кисть» в рабочей области контурирования Eclipse. Затем ключевые элементы, такие как небо и земля, очерчиваются контурами и разделяются на отдельные структуры для представления разных цветов, тонов и текстур. В некоторых случаях Сюй использовал окончательное разделение на еще более мелкие структуры (до 65 для самой сложной картины), чтобы отразить более сложные детали.

Сюй присвоил разные цвета различным уровням изодозы от 0 до 100 Гр с интервалом примерно 300 сГр. Затем он оптимизировал планы лечения, внося дозы в холст, которые достигали желаемого цвета в каждой области. Сюй отмечает, что окончательное распределение дозы было рассчитано с использованием того же алгоритма свертки-суперпозиции протонов, который используется в его клинике.

«После того, как я познакомился с протонной терапией, сканирующей карандашным лучом, я понял, что возможности для рисования дозы с помощью протонов практически безграничны», — говорит Сюй. «Мне очень хотелось посмотреть, как далеко я смогу зайти и что может быть лучше, чем воссоздать некоторые из моих любимых картин с помощью протонных пучков. Эта идея вынашивалась у меня уже почти пять лет, но только недавно у меня появилось время и терпение, чтобы воплотить ее в жизнь».

Окончательные воссоздания продемонстрировали заметное сходство с оригинальными произведениями искусства и имели достаточное разрешение, чтобы прояснить мелкие детали. Сюй отмечает, что каждая картина на самом деле представляет собой трехмерное произведение искусства, и ее можно рассматривать на разных глубинах водного фантома.

Может ли сканирование карандашным лучом обеспечить протонную терапию без гентри?

Картины не только являются впечатляющей демонстрацией передовых медицинских технологий, но и служат дополнительной цели. Сюй предполагает, что они могут выступать в качестве образовательного инструмента, помогая пациентам, проходящим лечение, понять общие принципы протонной терапии или даже помочь студентам-медикам и медицинским физикам лучше понять протонную физику и дозиметрию, используя серию аннотированных картин.

«Я надеюсь, что эта статья продемонстрирует, как далеко мы продвинулись со времен 2D-планирования и как современные технологии позволили нам обеспечить высокоцелевую помощь, индивидуальную для каждого пациента», — добавляет Сюй. «Я также надеюсь, что эта работа послужит напоминанием всем нам, работающим в области радиационной онкологии и медицинской физики, что, хотя мы часто считаем себя учеными или клиницистами, в глубине души мы также являемся художниками; и без искусства наша сфера деятельности не была бы прежней».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/