Sväljbar röntgendosimeter övervakar strålbehandling i realtid – Physics World

Forskare från Singapore och Kina har utvecklat en sväljbar röntgendosimeter storleken på en stor pillerkapsel som kan övervaka gastrointestinal strålbehandling i realtid. I proof-of-concept-tester på bestrålade kaniner visade deras prototyp sig ungefär fem gånger mer exakt än nuvarande standardmått för övervakning av den tillförda dosen.

Förmågan att exakt övervaka strålbehandling i realtid under behandlingen skulle möjliggöra utvärdering av in situ absorberad stråldos i dosbegränsande organ som mage, lever, njurar och ryggmärg. Detta kan göra strålbehandlingar säkrare och effektivare, vilket potentiellt kan minska allvarlighetsgraden av biverkningar. Att mäta den tillförda och absorberade dosen under strålbehandling av gastrointestinala tumörer är dock en svår uppgift.

Den nya dosimetern, beskriven i Naturbiomedicinsk teknik, skulle kunna ändra detta. Kapseln på 18 x 7 mm innehåller en flexibel optisk fiber inbäddad med lantaniddopade persistenta nanoscintillatorer. Den intagbara enheten innehåller också en pH-känslig polyanilinfilm, en fluidic modul för dynamisk magvätskeprovtagning, dos- och pH-sensorer, en inbyggd mikrokontroller och ett silveroxidbatteri för att driva kapseln.

Första författarna Bo Hou och Luying Yi av National University of Singapore och medforskare förklarar att nanoscintillatorerna genererar radioluminescens i närvaro av röntgenstrålning, som fortplantar sig till ändarna av fibern via total intern reflektion. Dossensorn mäter denna ljussignal för att bestämma strålningen som levereras till målområdet.

Förutom röntgendosimetri mäter kapseln även fysiologiska förändringar i pH och temperatur under behandlingen. Polyalininfilmen ändrar färg i enlighet med pH hos magvätskan i fluidmodulen; pH-värdet mäts sedan av pH-sensorns färgkontrastförhållande, som analyserar ljuset efter att det passerat genom filmen. Dessutom kan efterglöden från nanoscintillatorerna efter bestrålning användas som en självuppehållande ljuskälla för att kontinuerligt övervaka dynamiska pH-förändringar i flera timmar utan behov av extern excitation. Forskarna påpekar att denna förmåga ännu inte är tillgänglig med befintliga pH-kapslar.

De fotoelektriska signalerna från de två sensorerna bearbetas av en integrerad detekteringskrets som trådlöst överför information till en mobilapp. När den väl har aktiverats kan appen ta emot data från kapseln i realtid via Bluetooth-överföring. Data som den absorberade stråldosen och vävnadernas temperatur och pH kan visas grafiskt, lagras lokalt eller laddas upp till molnservrar för permanent lagring och dataspridning.

Före in vivo- testning bedömde forskarna dosresponsen av nanoscintillatorerna. De använde en neural nätverksbaserad regressionsmodell för att uppskatta stråldosen från radioluminescens, efterglöd och temperaturdata. De utvecklade modellen med hjälp av över 3000 1 datapunkter som registrerats medan de exponerade kapseln för röntgenstrålar vid doshastigheter från 16.68 till 32 mGy/min och temperaturer på 46 till XNUMX ℃.

Teamet fann att både radioluminescens och efterglödsintensitet är direkt proportionell mot dosvariationer, vilket tyder på att en kombination av de två kommer att leda till mer exakta uppskattningar av absorberad dos.

Därefter validerade forskarna dosimeterns prestanda i tre bedövade vuxna kaniner. Efter kirurgiskt införande av en kapsel i magen på varje djur utförde de datortomografi för att identifiera kapselns exakta position och vinkel. De bestrålade sedan varje djur flera gånger under en 10 timmars tidsperiod med användning av en progressiv röntgendoshastighet.

"Vår trådlösa dosimeter bestämde exakt stråldosen i magen, såväl som små förändringar i pH och temperatur, i realtid", rapporterar teamet. "Kapseln som satts in i mag-tarmhålan kunde snabbt detektera förändringar i pH och temperatur nära bestrålade organ."

Liten intagbar kapsel hjälper till att behandla gastrointestinala störningar

Innan dosimeterkapseln kan testas kliniskt måste ett positioneringssystem utvecklas för att placera och förankra den på målplatsen efter att den svalts. Bättre och mer exakt kalibrering av omvandlingen från optisk signal till absorberad dos behövs också före klinisk utvärdering.

Potentialen hos den nya dosimetern sträcker sig bortom gastrointestinala applikationer. Forskarna föreställer sig dess användning för dosövervakning av prostatacancer brachyterapi, till exempel med användning av en kapsel förankrad i ändtarmen. Realtidsmätningar av absorberad dos i nasofaryngeala eller hjärntumörer kan också vara möjliga om en mindre kapsel kan placeras i den övre näshålan.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
• Köp och sälj aktier i PRE-IPO-företag med PREIPO®. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/swallowable-x-ray-dosimeter-monitors-radiotherapy-in-real-time/