List kvantnih pik izboljša Čerenkovo ​​slikanje odmerka radioterapije

Slikanje po Čerenkovu omogoča vizualizacijo žarkov sevanja na pacientovem telesu v realnem času in zagotavlja način za oceno točnosti izvajanja radioterapije. Raziskovalci na Kitajskem so zdaj razvili način za izboljšanje kakovosti slik Čerenkova z uporabo prožne, nestrupene plošče ogljikovih kvantnih pik (cQD), pritrjene na pacienta.

Čerenkova svetloba nastane, ko nabiti delci potujejo s hitrostjo, ki je večja od fazne hitrosti svetlobe v tkivu. Intenzivnost signala je sorazmerna z oddanim odmerkom sevanja, kar razkriva natančen odmerek, ki je doveden med zdravljenjem. Tehnika optičnega slikanja ponuja visoko prostorsko ločljivost, visoko občutljivost in hitro slikanje v primerjavi s konvencionalnimi metodami merjenja doze sevanja.

Intenzivnost čerenkovske emisije je nizka, oddane fotone pa tkivo razprši in absorbira. Zaradi tega imajo standardne kamere s sklopljeno napravo (CCD) težave pri zbiranju signala. Namesto tega se uporabljajo dražje ojačene kamere CMOS/CCD.

CQD imajo absorpcijske spektre, ki se prekrivajo z emisijskimi spektri Čerenkova; nato oddajajo luminiscenco na daljših valovnih dolžinah. Plošča cQD, razvita in preizkušena na Oddelku za jedrsko znanost in tehnologijo Univerza za letalstvo in astronavtiko Nanjing, zato lahko uporabimo za premik čerenkovske emisije, da se ujema z optimalno valovno dolžino občutljivega območja zaznavanja kamere CCD.

Ko je folija cQD nameščena, je optična emisija sestavljena iz čerenkovskih fotonov, ustvarjenih na površinski površini tkiva, fluorescence, ki jo vzbudijo čerenkovski fotoni, in radioluminiscence, ustvarjene v cQD. To poveča skupni optični signal in izboljša kakovost slike ter razmerje med signalom in šumom (SNR) pridobljenih slik.

Glavni raziskovalec Changran Geng in sodelavci so ustvarili folijo cQD z uporabo raztopine cQD s premerom 10 nm in lepila, utrjenega z UV žarki. To mešanico smo centrifugirano nanesli na podlago, prevlečeno s plastično folijo, in strdili z UV žarnico. Plastični substrat zagotavlja, da scintilacijski material nima neposrednega stika s kožo.

Nastala cQD folija je imela debelino 222±5 µm in premer 15 cm ter je bila dovolj prožna, da se je prilagodila pacientovi površini. Ekipa ugotavlja, da je folija cQD skoraj prozorna in ne blokira emisije Čerenkova iz tkiv.

Poročanje o svojih ugotovitvah v Medicinska fizika, so raziskovalci sprva testirali cQD folijo na trdni vodni plošči, prekriti z 2 mm plastjo svetle gline kožnega tona, da bi posnemali optične lastnosti kože. Ocenili so razmerje med optično intenzivnostjo in dostavljenim odmerkom z uporabo koncentracij cQD 0, 0.05 in 0.1 mg/ml, dostavljenih odmerkov 100–500 MU ter 6 in 10 MV žarkov. Opazili so linearno razmerje med optično jakostjo in dozo za fotone 6 in 10 MV. Dodajanje folije cQD je več kot podvojilo SNR v obeh primerih.

Skupina je nato pregledala delovanje cQD folije na antropomorfnem fantomu z uporabo različnih materialov za radioterapijo in različnih virov svetlobe iz okolja. Emisija svetlobe s površine različnih materialov je bila več kot 60 % večja s cQD folijo kot brez. Natančneje, povprečna optična intenzivnost se je povečala za približno 69.25 %, 63.72 % in 61.78 %, ko smo bolusu, vzorcu maske oziroma kombinaciji bolusa in maske dodali folijo cQD. Ustrezni SNR so se izboljšali za približno 62.78 %, 56.77 % in 68.80 %.

Pod ambientalno svetlobo rdeče LED je bilo mogoče skozi folijo pridobiti optične slike s SNR, večjim od 5. Dodajanje pasovnega filtra je povečalo SNR za približno 98.85 %.

"S kombinacijo cQD folije in ustreznega filtra se lahko intenzivnost svetlobe in SNR optičnih slik znatno povečata," pišejo raziskovalci. "To meče novo luč na spodbujanje klinične uporabe optičnega slikanja za vizualizacijo žarka v radioterapiji s hitrejšim in cenejšim postopkom pridobivanja slike."

Čerenkovo ​​slikanje za vizualizacijo radioterapije: eno leto klinične uporabe

Geng pripoveduje Svet fizike da ekipa aktivno nadaljuje svoje raziskave na več načinov. Eden od primerov je raziskovanje Čerenkovega slikanja za uporabo z radioterapijo z elektronskim žarkom keloidov, benignih fibroznih lezij, ki nastanejo zaradi nenormalnega odziva na celjenje.

"Nekatere študije so pokazale, da lahko pooperativna radioterapija z elektronskim žarkom zmanjša stopnjo ponovitve keloida," pojasnjuje Geng. »Vendar pa so netočni porodi običajno povezani z variacijo parametrov elektronskega žarka, pa tudi z negotovostjo bolnikove nastavitve ali dihalnih gibov. To lahko privede do nezadostnega ali prevelikega odmerka na neusklajenih sosednjih poljih, kar lahko povzroči poškodbo tkiva normalne kože ali ponovitev keloida. Poskušamo uporabiti slikovno tehnologijo Čerenkova s ​​folijo cQD za merjenje ujemanja sosednjih sevalnih polj, dobavljenih med radioterapijo s keloidnimi elektroni v realnem času.«

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/