Зображення Черенкова з кольоровим розділенням покращує точність моніторингу дози променевої терапії

Зображення за Черенковом під час променевої терапії дає змогу в режимі реального часу візуалізувати та відображати пучки випромінювання, коли вони доставляють дозу до тіла пацієнта, забезпечуючи спосіб оцінити точність доставки лікування в режимі реального часу. Його також активно випробовують у науково-дослідницьких лабораторіях по всьому світу як інструмент для кількісного визначення фактичних доз радіації, отриманих пацієнтами, таким чином, на який не впливає колір шкіри.

Техніка оптичного зображення пропонує переваги високої просторової роздільної здатності, високої чутливості та швидкої швидкості зображення порівняно зі звичайними методами вимірювання дози радіації. Але ще є проблеми, які потрібно подолати, перш ніж усі його можливості можна буде застосувати для клінічного використання.

Випромінювання Черенкова виникає, коли заряджені частинки рухаються зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість світла в тканині. Інтенсивність сигналу пропорційна отриманій дозі опромінення і, в ідеальному випадку, точно вказує дозу, отриману під час променевої терапії.

Насправді, однак, ослаблення тканин зменшує інтенсивність випромінюваного черенковського випромінювання та змінює лінійну залежність між обкладеною дозою та спостережуваним черенковським випромінюванням. Через це сигнал Черенкова від людської тканини ще не можна точно інтерпретувати як повністю пропорційний дозі.

Дослідники в Коледж Дартмут і Університет Вісконсін-Медісон працюють над тим, щоб зробити зображення Черенкова надійним індикатором дози радіації. У недавньому дослідженні, повідомленому в Журнал біомедичної оптики, вони використали спеціальну триканальну посилену камеру з регульованим часом для зображення червоної, зеленої та синьої довжин хвиль черенковського випромінювання від різних тканинних фантомів. Вони припускають, що інтенсивність випромінювання Черенкова змінюється залежно від змін біологічних характеристик поглинання, таких як концентрація крові в тканинах і концентрація меланіну в шкірі людини з різними рівнями пігментації.

«Поглинання та розсіювання тканинами може спричинити великі варіації серед пацієнтів у виявлених черенковських випромінюваннях», — пояснює головний дослідник Браян Пог, Школа медицини та громадського здоров'я Університету Вісконсіна-Медісон і Дартмут Інженерна школа Теєра. «Ми знаємо, що зміна кольору шкіри може змінити рівень сигналу до 90%, а зміни в крові або вмісті розсіювання можуть спричинити зміну сигналу до 20%».

«Ми провели наше дослідження, щоб краще зрозуміти, як оптичні властивості тканини впливають на кольори випромінювання черенковського світла, і почати визначати способи використання спектру світла для калібрування або корекції ефектів ослаблення тканин», — пояснює він.

Для дослідження Пог та його колеги підготували фантоми тканин і крові з різними рівнями меланіну та об’ємом крові. Вони створили синтетичні епідермальні шари товщиною 0.1 мм, що містять сім різних концентрацій синтетичного меланіну, які відповідають таким у людській шкірі, а потім помістили ці шари поверх фантомів товстої об’ємної тканини. Дослідники також перевірили сім фантомів крові з концентрацією в крові від жирової тканини до високоваскуляризованої м’язової тканини.

Дослідники опромінили фантоми дозою 3 Гр, використовуючи пучки фотонів 6 МВ і електрони 6 МеВ, і отримали зображення для кожного колірного каналу. Зйомки були обмежені в часі на лінійному ускорювачі, щоб зафіксувати випромінювання Черенкова лише під час мікросекундних імпульсів випромінювання без фонового освітлення. Вони відзначають, що для обох пучків не спостерігалося випромінювання Черенкова для меланіну вище 0.0076 мг/мл (середньовисокий рівень).

Команда повідомляє, що випромінювання Черенкова від фантомів зменшувалося зі збільшенням концентрації меланіну. Надзвичайно високий рівень меланіну спричинив значне зниження випромінювання Черенкова, що ускладнило виконання візуалізації в осіб із найтемнішим відтінком шкіри.

Колір також мав значення при зображенні фантомів крові, з більшим ослабленням у міру збільшення концентрації в крові. Червоний канал ослаблений меншою мірою, ніж синій і зелений канали, через поглинання синього і зеленого кольорів оксигемоглобіном крові. «Ці результати свідчать про те, що зображення в червоному та ближньому інфрачервоному діапазоні буде кращим», — коментує Пог. «Крім того, визначення рівня ослаблення в кожній колірній смузі полегшить калібрування за кольором шкіри».

«Наші висновки підтверджують ідею про те, що кольорове або спектральне зображення Черенкова може забезпечити експериментальну методологію для відділення біологічного ослаблення інтенсивності від фізичної генерації Черенкова з дозованням. Ідеальною метою було б використовувати інтенсивність Черенкова як індикатор дози, що доставляється в тканину, незалежно від об’єму крові в ній або кольору шкіри, використовуючи корекцію кольору», – пишуть дослідники.

Зображення Черенкова для візуалізації променевої терапії: один рік клінічного використання

Команда почала клінічне випробування разом із співробітниками в Центр раку Моффіта, щоб отримати зображення пацієнтів із більшим діапазоном варіацій кольору шкіри, і сподівається розширити випробування UWHealth у Медісоні «Це дозволить нам перевірити цей тип візуалізації на пацієнтів, які краще представляють нормальний діапазон популяцій онкологічних пацієнтів», — розповідає Пог Світ фізики. «Ми дійсно хочемо краще зрозуміти, як виглядають зображення, і чи можемо ми покладатися на зображення Черенкова, щоб показати нам схему доставки випромінювання всім пацієнтам, незалежно від кольору їхньої шкіри».

«Поки що дані виглядають обнадійливо», — додає він. «Оскільки зі збільшенням вмісту меланіну в шкірі випромінюється менше світла, ми також використовуємо кольорове зображення, щоб виправити це. Ми сподіваємось, що зможемо зробити систему значною мірою незалежною від кольору шкіри. Ми вважаємо, що спектроскопічна інтерпретація може допомогти краще пов’язати випромінювання Черенкова з дозою іонізуючого випромінювання, отриманою під час променевої терапії».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/colour-resolved-cherenkov-imaging-improves-the-accuracy-of-radiotherapy-dose-monitoring/