Проглатываемый рентгеновский дозиметр контролирует лучевую терапию в режиме реального времени

Исследователи из Сингапура и Китая разработали проглатываемый рентгеновский дозиметр размером с большую капсулу с таблетками, который может контролировать лучевую терапию желудочно-кишечного тракта в режиме реального времени. При проверке концепции на облученных кроликах их прототип оказался примерно в пять раз более точным, чем текущие стандартные меры контроля доставляемой дозы.

Возможность точно контролировать лучевую терапию в режиме реального времени во время лечения позволит оценить на месте поглощенная доза облучения в дозолимитирующих органах, таких как желудок, печень, почки и спинной мозг. Это может сделать лучевую терапию более безопасной и эффективной, потенциально снижая тяжесть побочных эффектов. Однако измерение доставленной и поглощенной дозы при лучевой терапии опухолей желудочно-кишечного тракта является сложной задачей.

Новый дозиметр, описанный в Природа Биомедицинская инженерия, может изменить это. Капсула размером 18 x 7 мм содержит гибкое оптическое волокно со встроенными стойкими наносцинтилляторами, легированными лантанидами. Устройство для приема внутрь также включает полианилиновую пленку, чувствительную к pH, жидкостный модуль для динамического отбора проб желудочного сока, датчики дозы и pH, встроенный микроконтроллер и батарею из оксида серебра для питания капсулы.

Первые авторы Бо Хоу и Луин И Национальный университет Сингапура и соисследователи объясняют, что наносцинтилляторы генерируют радиолюминесценцию в присутствии рентгеновского излучения, которое распространяется к концам волокна посредством полного внутреннего отражения. Датчик дозы измеряет этот световой сигнал, чтобы определить излучение, доставленное в целевую область.

Помимо рентгеновской дозиметрии, капсула также измеряет физиологические изменения pH и температуры во время лечения. Полиалининовая пленка меняет цвет в зависимости от pH желудочного сока в жидкостном модуле; Затем pH измеряется по коэффициенту цветового контраста датчика pH, который анализирует свет после того, как он проходит через пленку. Кроме того, послесвечение наносцинтилляторов после облучения можно использовать в качестве самоподдерживающегося источника света для непрерывного наблюдения за динамическими изменениями рН в течение нескольких часов без необходимости внешнего возбуждения. Исследователи отмечают, что эта возможность пока недоступна для существующих pH-капсул.

Фотоэлектрические сигналы от двух датчиков обрабатываются интегрированной схемой обнаружения, которая по беспроводной связи передает информацию в приложение для мобильного телефона. После активации приложение может получать данные с капсулы в режиме реального времени через Bluetooth. Такие данные, как поглощенная доза облучения, а также температура и рН тканей, могут отображаться графически, храниться локально или загружаться на облачные серверы для постоянного хранения и распространения данных.

До в естественных условиях испытания, исследователи оценили дозозависимую реакцию наносцинтилляторов. Они использовали модель регрессии на основе нейронной сети для оценки дозы облучения на основе данных о радиолюминесценции, послесвечении и температуре. Они разработали модель, используя более 3000 точек данных, зарегистрированных при облучении капсулы рентгеновскими лучами при мощности дозы от 1 до 16.68 мГр/мин и температуре от 32 до 46℃.

Команда обнаружила, что как интенсивность радиолюминесценции, так и интенсивность послесвечения прямо пропорциональны вариациям дозы, что позволяет предположить, что их объединение приведет к более точным оценкам поглощенной дозы.

Затем исследователи проверили работу дозиметра на трех взрослых кроликах под наркозом. После хирургического введения капсулы в желудок каждого животного они выполнили компьютерную томографию, чтобы определить точное положение и угол наклона капсулы. Затем они облучали каждое животное несколько раз в течение 10 часов, используя прогрессивную мощность дозы рентгеновского излучения.

«Наш беспроводной дозиметр точно определял дозу радиации в желудке, а также мельчайшие изменения рН и температуры в режиме реального времени», — сообщает команда. «Капсула, вставленная в желудочно-кишечную полость, позволяла быстро обнаруживать изменения pH и температуры вблизи облучаемых органов».

Крошечная капсула для приема внутрь помогает лечить желудочно-кишечные расстройства

Перед клиническими испытаниями капсулы дозиметра необходимо разработать систему позиционирования, позволяющую поместить и закрепить ее в целевом месте после проглатывания. Перед клинической оценкой также необходима лучшая и более точная калибровка преобразования оптического сигнала в поглощенную дозу.

Потенциал нового дозиметра выходит за рамки желудочно-кишечного тракта. Исследователи предполагают его использование для мониторинга дозы при брахитерапии рака предстательной железы, например, с использованием капсулы, закрепленной в прямой кишке. Измерение поглощенной дозы в режиме реального времени при опухолях носоглотки или головного мозга также может быть осуществимо, если в верхнюю часть носовой полости можно поместить капсулу меньшего размера.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/swallowable-x-ray-dosimeter-monitors-radiotherapy-in-real-time/