Лист квантових точок покращує Черенковське зображення дози радіотерапії

Черенковська візуалізація дозволяє в режимі реального часу візуалізувати промені на тілі пацієнта та надає засоби для оцінки точності проведення променевої терапії. Дослідники з Китаю тепер розробили спосіб покращити якість черенковських зображень за допомогою гнучкого, нетоксичного листа вуглецевих квантових точок (cQD), прикріпленого до пацієнта.

Черенковське світло утворюється, коли заряджені частинки рухаються зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість світла в тканині. Інтенсивність сигналу пропорційна отриманій дозі радіації, показуючи точну дозу, яка постачається під час лікування. Техніка оптичного зображення пропонує високу просторову роздільну здатність, високу чутливість і швидку швидкість зображення порівняно зі звичайними методами вимірювання дози радіації.

Однак інтенсивність черенковського випромінювання низька, випромінювані фотони розсіюються й поглинаються тканиною. Через це стандартні камери із зарядним зв’язком (CCD) мають труднощі зі збором сигналу. Замість цього використовуються дорожчі камери CMOS/CCD з посиленим посиленням.

ККТ мають спектри поглинання, які перекриваються зі спектрами випромінювання Черенкова; потім вони випромінюють люмінесценцію на більшій довжині хвилі. Покриття cQD, розроблене та випробуване на кафедрі ядерної науки та технологій Нанкінського університету аеронавтики та космонавтики, тому може бути використаний для зміщення черенковського випромінювання відповідно до оптимальної довжини хвилі чутливої ​​області виявлення камери CCD.

Коли покриття cQD на місці, оптичне випромінювання складається з черенковських фотонів, що генеруються на поверхневій поверхні тканини, флуоресценції, збудженої черенковськими фотонами, та радіолюмінесценції, що генерується в cQD. Це збільшує загальний оптичний сигнал і покращує якість зображення та співвідношення сигнал/шум (SNR) отриманих зображень.

Головний слідчий Чангран Генг і його колеги створили покриття cQD, використовуючи розчин cQD діаметром 10 нм і клей, що твердіє УФ-променями. Цю суміш наносили центрифугуванням на підкладку, покриту пластиковою плівкою, і затверділи за допомогою УФ-лампи. Пластикова підкладка гарантує, що сцинтиляційний матеріал не контактує безпосередньо зі шкірою.

Отримане покриття cQD мало товщину 222±5 мкм і діаметр 15 см і було достатньо гнучким, щоб відповідати поверхні пацієнта. Команда зазначає, що покриття cQD є майже прозорим і не блокує випромінювання Черенкова з тканин.

Повідомляючи про свої висновки в Медична фізикаДослідники спочатку випробували покриття cQD на твердій водяній плиті, покритій шаром 2 мм світлої глини в тон шкіри, щоб імітувати оптичні властивості шкіри. Вони оцінили зв’язок між оптичною інтенсивністю та доставленою дозою, використовуючи концентрації cQD 0, 0.05 та 0.1 мг/мл, доставлені дози 100–500 МО та пучки 6 та 10 МВ. Вони спостерігали лінійну залежність між оптичною інтенсивністю та дозою для фотонів 6 та 10 МВ. Додавання покриття cQD більш ніж подвоїло SNR в обох випадках.

Потім команда перевірила ефективність покриття cQD на антропоморфному фантомі, використовуючи різні матеріали для радіотерапії та різні джерела навколишнього світла. Випромінювання світла від поверхні різних матеріалів було більш ніж на 60% вищим із покриттям cQD, ніж без нього. Зокрема, середня оптична інтенсивність зросла приблизно на 69.25%, 63.72% і 61.78% при додаванні покриття cQD до болюсу, зразка маски та комбінації болюсу та маски відповідно. Відповідні SNR покращилися приблизно на 62.78%, 56.77% і 68.80%.

При навколишньому освітленні від червоного світлодіода можна було отримати оптичні зображення з SNR більше 5 через плівку. Додавання смугового фільтра збільшило SNR приблизно на 98.85%.

«Завдяки поєднанню покриття cQD і відповідного фільтра можна значно збільшити інтенсивність світла та SNR оптичних зображень», — пишуть дослідники. «Це проливає нове світло на просування клінічного застосування оптичного зображення для візуалізації променя в променевій терапії за допомогою більш швидкого та менш дорогого процесу отримання зображення».

Зображення Черенкова для візуалізації променевої терапії: один рік клінічного використання

Ген розповідає Світ фізики що команда активно продовжує свої дослідження в багатьох напрямках. Одним із прикладів є дослідження візуалізації Черенкова для використання з променевою терапією електронним променем келоїдів, доброякісних фіброзних уражень, що виникають внаслідок аномальної реакції на загоєння.

«Деякі дослідження показали, що післяопераційна електронно-променева терапія може зменшити частоту рецидиву келоїду», — пояснює Генг. «Однак неточні пологи зазвичай пов’язані зі зміною параметрів електронного пучка, а також із невизначеністю налаштування пацієнта чи дихальними рухами. Це може призвести до недостатньої або надмірної дози на невідповідних сусідніх полях, що потенційно може спричинити пошкодження тканин нормальної шкіри або рецидив келоїду. Ми намагаємося використовувати технологію візуалізації Черенкова з покриттям cQD для вимірювання відповідності суміжних полів випромінювання, які постачаються під час келоїдної електронної променевої терапії в режимі реального часу».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/a-sheet-of-quantum-dots-enhances-cherenkov-imaging-of-radiotherapy-dose/