Slikanje s protoni: žarki za obdelavo poustvarjajo umetnine – Physics World

Intenzivno modulirana protonska terapija (IMPT) je napredna tehnika zdravljenja raka, ki uporablja ozke svinčniku podobne snope protonov – naslikane točko za točko in plast za plastjo znotraj pacienta – za zagotavljanje sevanja v zelo kompleksnih vzorcih odmerjanja. V kombinaciji s sofisticiranimi tehnikami načrtovanja zdravljenja lahko IMPT oblikuje odmerek protona, da se ujema s ciljnim tumorjem z izjemno natančnostjo, kar poveča uničenje rakavih celic in hkrati zmanjša poškodbe bližnjega zdravega tkiva.

Medicinski fizik Lee Xu iz Protonski center v New Yorku se je domislil nenavadnega pristopa – uporabil je žarke protonskega svinčnika, da je poustvaril serijo dobro znanih slik kot načrte zdravljenja, pri čemer je protone učinkovito uporabil kot čopič.

»Ko sem prvič vstopil na to področje, se spomnim, da sem gledal načrte zdravljenja in bil presenečen, kako lepi so bili. Res so se mi zdele umetnine,« pripoveduje Xu Svet fizike. »Ko sem vedno več časa opazoval načrtovanje zdravljenja, sem ugotovil, kako podobni so dozimetristi umetnikom. Edina razlika je bila v mediju, ki so ga uporabili, in v platnu, na katerega so nanesli medij.«

Xu je izbral pet znanih slik – Dekle z Pearl uhan avtor Johannes Vermeer, Zvezdna noč avtor Vincent van Gogh, krik avtor Edvard Munch, Kompozicija z rdečo, modro in rumeno avtorja Pieta Mondriana in Sin človekov avtor René Magritte – za poustvarjanje v sistemu za načrtovanje zdravljenja Eclipse v16.1 in deljenje nastalih slik v Medicinska dozimetrija.

Za ustvarjanje vsake "slike" je načrtovalni sistem uporabil klinične protone z energijami 70–250 MeV za nanos "barve" (doza sevanja) na "platno" (vodni fantom), s skupnim predpisom 100 Gy v 50 frakcijah . Vsak načrt zdravljenja je uporabil od enega do šest protonskih polj, usmerjenih na sprednjo stran platna, z izocentrom, nameščenim na globini 10 cm.

Postopek se začne na podoben način kot pri tradicionalnem umetniškem delu – z ustvarjanjem predhodne skice na platnu, da se določi celotna postavitev, v tem primeru z uporabo orodja 2D čopič v delovnem prostoru za konturiranje Eclipse. Nato so ključni elementi, kot sta nebo in tla, označeni kot konture in razdeljeni v ločene strukture, ki predstavljajo različne barve, tone in teksture. V nekaterih primerih je Xu uporabil končno razdelitev na še manjše strukture (do 65 za najbolj zapleteno sliko), da bi odražal bolj zapletene podrobnosti.

Xu je dodelil različne barve različnim nivojem izodoze med 0 in 100 Gy v intervalih približno 300 cGy. Nato je optimiziral načrte zdravljenja za odlaganje odmerkov na platno, ki so dosegli želeno barvo v vsaki regiji. Xu ugotavlja, da je bila končna porazdelitev odmerka izračunana z uporabo istega algoritma protonske konvolucije in superpozicije, ki se uporablja v njegovi kliniki.

"Ko sem se seznanil s protonsko terapijo s skeniranjem s praškom svinčnika, sem ugotovil, da so možnosti za slikanje odmerka z uporabo protonov skoraj neomejene," pravi Xu. »Resnično sem si želel videti, kako daleč ga lahko potisnem, in kakšen je boljši način kot poustvariti nekaj mojih najljubših slik z uporabo protonskih žarkov. Čeprav imam to idejo že skoraj pet let, sem šele pred kratkim imel čas in potrpljenje, da sem jo uresničil.”

Končne rekreacije so pokazale izrazito podobnost z izvirnimi umetninami z zadostno ločljivostjo, da so razjasnjene drobne podrobnosti. Xu ugotavlja, da je vsaka slika pravzaprav tridimenzionalno umetniško delo in si jo je mogoče ogledati na več globinah znotraj vodnega fantoma.

Ali lahko skeniranje s svinčnikovim žarkom omogoči protonsko terapijo brez portala?

Poleg tega, da so slike impresiven prikaz vrhunske medicinske tehnologije, imajo še dodaten namen. Xu predvideva, da bi lahko delovale kot izobraževalno orodje, ki bi bolnikom, ki se zdravijo, pomagalo razumeti splošna načela protonske terapije ali celo pomagalo študentom medicine in medicinske fizike bolje razumeti protonsko fiziko in dozimetrijo z uporabo serije označenih slik.

»Upam, da ta članek prikazuje, kako daleč smo prišli od časov 2D načrtovanja in kako nam je sodobna tehnologija omogočila zagotavljanje visoko usmerjene oskrbe, ki je specifična za vsakega bolnika,« dodaja Xu. »Prav tako upam, da bo to delo služilo kot opomin za vse nas na področjih radiološke onkologije in medicinske fizike, da čeprav se pogosto imamo za znanstvenike ali klinike, smo globoko v sebi tudi umetniki; in brez umetnosti naše področje ne bi bilo isto.”

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/