Лист квантовых точек улучшает черенковское изображение дозы лучевой терапии

Черенковская визуализация позволяет в режиме реального времени визуализировать лучи излучения на теле пациента и предоставляет средства для оценки точности доставки лучевой терапии. Исследователи в Китае разработали способ улучшить качество черенковских изображений с помощью гибкого нетоксичного листа углеродных квантовых точек (cQD), прикрепленного к пациенту.

Черенковский свет возникает, когда заряженные частицы движутся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в ткани. Интенсивность сигнала пропорциональна доставленной дозе облучения, показывая точную дозу, доставленную во время лечения. Метод оптической визуализации предлагает высокое пространственное разрешение, высокую чувствительность и высокую скорость визуализации по сравнению с обычными методами измерения дозы облучения.

Однако интенсивность черенковского излучения невелика, а испускаемые фотоны рассеиваются и поглощаются тканью. Из-за этого стандартные камеры с зарядовой связью (ПЗС) с трудом собирают сигнал. Вместо этого используются более дорогие усиленные камеры CMOS/CCD.

ККТ имеют спектры поглощения, перекрывающиеся со спектрами черенковского излучения; затем они излучают люминесценцию на более длинных волнах. Покрытие cQD, разработанное и испытанное в Департаменте ядерной науки и технологий Нанкинский университет аэронавтики и космонавтики, поэтому его можно использовать для смещения излучения Черенкова, чтобы оно соответствовало оптимальной длине волны чувствительной области обнаружения ПЗС-камеры.

При наличии покрытия cQD оптическое излучение состоит из черенковских фотонов, генерируемых на поверхностной поверхности ткани, флуоресценции, возбуждаемой черенковскими фотонами, и радиолюминесценции, генерируемой в cQD. Это увеличивает общий оптический сигнал и улучшает качество изображения и отношение сигнал/шум (SNR) полученных изображений.

Главный следователь Чангран Генг и его коллеги создали лист cQD, используя раствор cQD диаметром 10 нм и клей, отверждаемый УФ-излучением. Эту смесь наносили центрифугированием на подложку, покрытую пластиковой пленкой, и отверждали с помощью УФ-лампы. Пластиковая подложка предотвращает прямой контакт сцинтилляционного материала с кожей.

Полученное покрытие cQD имело толщину 222 ± 5 мкм и диаметр 15 см и было достаточно гибким, чтобы соответствовать поверхности пациента. Команда отмечает, что покрытие cQD почти прозрачно и не блокирует излучение Черенкова от тканей.

Сообщая о своих выводах в Медицинская физика, исследователи первоначально протестировали пленку cQD на твердой водной плите, покрытой 2-миллиметровым слоем светлой глины телесного цвета, чтобы имитировать оптические свойства кожи. Они оценили взаимосвязь между оптической интенсивностью и доставленной дозой, используя концентрации cQD 0, 0.05 и 0.1 мг/мл, доставленные дозы 100–500 МЕ и пучки 6 и 10 МВ. Они наблюдали линейную зависимость между оптической интенсивностью и дозой для фотонов с энергией 6 и 10 МВ. Добавление покрытия cQD более чем удвоило SNR в обоих случаях.

Затем команда изучила характеристики покрытия cQD на антропоморфном фантоме с использованием различных радиотерапевтических материалов и различных источников окружающего света. Световое излучение с поверхности различных материалов было более чем на 60 % выше с листовым покрытием cQD, чем без него. В частности, средняя оптическая интенсивность увеличилась примерно на 69.25%, 63.72% и 61.78% при добавлении листа cQD к болюсу, образцу маски и комбинации болюса и маски соответственно. Соответствующие SNR улучшились примерно на 62.78%, 56.77% и 68.80%.

При внешнем освещении от красного светодиода оптические изображения с отношением сигнал-шум более 5 можно было получить через защитное покрытие. Добавление полосового фильтра увеличило SNR примерно на 98.85%.

«Благодаря сочетанию листового покрытия cQD и соответствующего фильтра интенсивность света и отношение сигнал-шум оптических изображений могут быть значительно увеличены», — пишут исследователи. «Это проливает новый свет на продвижение клинического применения оптических изображений для визуализации луча в лучевой терапии с более быстрым и менее дорогим процессом получения изображений».

Черенковская визуализация для визуализации лучевой терапии: один год клинического применения

Гэн рассказывает Мир физики что команда активно продолжает свои исследования во многих направлениях. Одним из примеров является исследование черенковской визуализации для использования с электронно-лучевой терапией келоидов, доброкачественных фиброзных поражений, возникающих в результате аномальной реакции заживления.

«Некоторые исследования показали, что послеоперационная электронно-лучевая терапия может снизить частоту рецидивов келоидов», — объясняет Гэн. «Однако неточные роды обычно связаны с изменением параметров электронного луча, а также с неопределенностью установки пациента или дыхательными движениями. Это может привести к недостаточной или избыточной дозе на несоответствующие соседние поля, потенциально вызывая повреждение тканей нормальной кожи или рецидив келоида. Мы пытаемся использовать технологию черенковской визуализации с пленкой cQD для измерения соответствия соседних полей излучения, доставляемых во время келоидной электронной радиотерапии, в режиме реального времени».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/