แผ่นควอนตัมดอทช่วยปรับปรุงภาพ Cherenkov ของปริมาณรังสีรักษา

การถ่ายภาพ Cherenkov ช่วยให้สามารถแสดงภาพลำรังสีในร่างกายของผู้ป่วยได้แบบเรียลไทม์ และเป็นวิธีการประเมินความแม่นยำของการนำส่งรังสีรักษา นักวิจัยในประเทศจีนได้พัฒนาวิธีการปรับปรุงคุณภาพของภาพ Cherenkov โดยใช้แผ่นคาร์บอนควอนตัมดอท (cQDs) ที่มีความยืดหยุ่นและไม่เป็นพิษซึ่งติดอยู่กับผู้ป่วย

แสง Cherenkov เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคมีประจุเดินทางด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วเฟสของแสงในเนื้อเยื่อ ความเข้มของสัญญาณจะแปรผันตามปริมาณรังสีที่ส่งมา เผยให้เห็นปริมาณรังสีที่แม่นยำที่ส่งระหว่างการรักษา เทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสงมีความละเอียดเชิงพื้นที่สูง ความไวสูง และความเร็วในการถ่ายภาพที่รวดเร็ว เมื่อเทียบกับวิธีการวัดปริมาณรังสีแบบเดิม

อย่างไรก็ตาม ความเข้มของการปล่อยสาร Cherenkov อยู่ในระดับต่ำ และโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจะกระจัดกระจายและถูกดูดซับโดยเนื้อเยื่อ ด้วยเหตุนี้ กล้องมาตรฐานอุปกรณ์คู่ชาร์จ (CCD) จึงมีปัญหาในการรวบรวมสัญญาณ มีการใช้กล้อง CMOS/CCD ที่มีความเข้มมากขึ้นซึ่งมีราคาแพงกว่าแทน

cQDs มีสเปกตรัมการดูดกลืนที่ซ้อนทับกับ Cherenkov emission spectra; จากนั้นพวกมันจะเปล่งแสงเรืองแสงที่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น แผ่น cQD พัฒนาและทดสอบที่ภาควิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนิวเคลียร์ของ มหาวิทยาลัยการบินและอวกาศนานกิง, ดังนั้นจึงสามารถใช้เพื่อเปลี่ยนการปล่อย Cherenkov ให้ตรงกับความยาวคลื่นที่เหมาะสมที่สุดของพื้นที่การตรวจจับที่ละเอียดอ่อนของกล้อง CCD

เมื่อติดตั้งแผ่น cQD การปล่อยแสงจะประกอบด้วยโฟตอน Cherenkov ที่สร้างขึ้นในพื้นผิวชั้นตื้นของเนื้อเยื่อ การเรืองแสงที่กระตุ้นโดยโฟตอน Cherenkov และรังสีเรืองแสงที่สร้างขึ้นใน cQD สิ่งนี้จะเพิ่มสัญญาณออปติคัลทั้งหมดและปรับปรุงคุณภาพของภาพและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ของภาพที่ได้มา

นักวิจัยหลัก ชางรันเกิง และเพื่อนร่วมงานได้สร้างแผ่น cQD โดยใช้สารละลาย cQD ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 นาโนเมตรและกาวที่สามารถรักษาด้วยรังสียูวีได้ ส่วนผสมนี้ถูกเคลือบด้วยสปินลงบนพื้นผิวที่เคลือบด้วยแผ่นพลาสติกและแข็งตัวด้วยหลอด UV พื้นผิวพลาสติกช่วยให้แน่ใจว่าวัสดุที่เป็นประกายไฟจะไม่สัมผัสกับผิวหนังโดยตรง

แผ่น cQD ที่ได้มีความหนา 222±5 µm และเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 ซม. และมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะปรับให้เข้ากับพื้นผิวของผู้ป่วย ทีมงานทราบว่าแผ่น cQD เกือบจะโปร่งใสและไม่ปิดกั้นการแผ่รังสี Cherenkov จากเนื้อเยื่อ

รายงานการค้นพบของพวกเขาใน ฟิสิกส์การแพทย์นักวิจัยได้ทดสอบแผ่น cQD บนแผ่นน้ำทึบที่ปกคลุมด้วยชั้นดินเหนียวสีผิวอ่อนขนาด 2 มม. เพื่อเลียนแบบคุณสมบัติทางแสงของผิวหนัง พวกเขาประเมินความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มแสงและปริมาณรังสีที่ส่งโดยใช้ความเข้มข้นของ cQD ที่ 0, 0.05 และ 0.1 มก./มล. ปริมาณรังสีที่ส่ง 100–500 MU และลำแสง 6 และ 10 MV พวกเขาสังเกตความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างความเข้มแสงและปริมาณโฟตอน 6 และ 10 MV การเพิ่มแผ่นงาน cQD ทำให้ SNR เพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่าในทั้งสองกรณี

จากนั้น ทีมงานได้ตรวจสอบประสิทธิภาพของแผ่น cQD บนภาพลวงตามนุษย์โดยใช้วัสดุรังสีรักษาที่แตกต่างกันและแหล่งกำเนิดแสงแวดล้อมต่างๆ การปล่อยแสงจากพื้นผิวของวัสดุต่างๆ นั้นสูงกว่าการไม่ใช้แผ่น cQD ถึง 60% โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความเข้มแสงเฉลี่ยเพิ่มขึ้นประมาณ 69.25%, 63.72% และ 61.78% เมื่อเพิ่มแผ่น cQD ลงในยาเม็ด ตัวอย่างมาสก์ และส่วนผสมของยาลูกกลอนและมาสก์ตามลำดับ SNR ที่สอดคล้องกันดีขึ้นประมาณ 62.78%, 56.77% และ 68.80%

ภายใต้แสงแวดล้อมจาก LED สีแดง สามารถรับภาพออพติคัลที่มี SNR มากกว่า 5 ผ่านแผ่น การเพิ่มตัวกรองแบนด์พาสทำให้ SNR เพิ่มขึ้นประมาณ 98.85%

"ด้วยการผสมผสานระหว่างแผ่น cQD และฟิลเตอร์ที่สอดคล้องกัน ความเข้มแสงและ SNR ของภาพออพติคัลสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก" นักวิจัยเขียน "สิ่งนี้ทำให้เกิดความกระจ่างใหม่เกี่ยวกับการส่งเสริมการประยุกต์ใช้การถ่ายภาพทางคลินิกเพื่อให้เห็นภาพของลำแสงในการรักษาด้วยรังสีด้วยกระบวนการรับภาพที่รวดเร็วและราคาไม่แพง"

ภาพ Cherenkov สำหรับการแสดงภาพรังสีรักษา: หนึ่งปีของการใช้ทางคลินิก

เกิงบอก โลกฟิสิกส์ ว่าทีมกำลังดำเนินการวิจัยอย่างต่อเนื่องในหลาย ๆ ด้าน ตัวอย่างหนึ่งกำลังตรวจสอบการถ่ายภาพ Cherenkov เพื่อใช้กับการรักษาด้วยรังสีลำแสงอิเล็กตรอนของคีลอยด์ ซึ่งเป็นรอยโรคเส้นใยที่ไม่ร้ายแรงซึ่งเกิดจากการตอบสนองการรักษาที่ผิดปกติ

“งานวิจัยบางชิ้นระบุว่าการรักษาด้วยรังสีด้วยลำแสงอิเล็กตรอนหลังการผ่าตัดสามารถลดอัตราการกลับเป็นซ้ำของคีลอยด์ได้” Geng อธิบาย “อย่างไรก็ตาม การส่งมอบที่ไม่ถูกต้องมักเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ลำแสงอิเล็กตรอน ตลอดจนความไม่แน่นอนในการตั้งค่าของผู้ป่วยหรือการเคลื่อนไหวของระบบทางเดินหายใจ สิ่งเหล่านี้อาจนำไปสู่การได้รับปริมาณรังสีที่ไม่เพียงพอหรือมากเกินไปที่บริเวณข้างเคียงที่ไม่ตรงกัน อาจทำให้เนื้อเยื่อเสียหายต่อผิวหนังปกติหรือเกิดซ้ำของคีลอยด์ได้ เรากำลังพยายามใช้เทคโนโลยีการถ่ายภาพ Cherenkov ร่วมกับแผ่น cQD เพื่อวัดการจับคู่ของสนามรังสีที่อยู่ติดกันที่ส่งมาระหว่างการรักษาด้วยรังสีอิเล็กตรอนแบบคีลอยด์แบบเรียลไทม์”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/