Малювання протонами: лікувальні промені відтворюють витвори мистецтва – Physics World

Інтенсивно-модульована протонна терапія (IMPT) — це передова техніка лікування раку, яка використовує вузькі пучки протонів, що нагадують олівці, пофарбовані точково та шар за шаром у пацієнта, для доставки опромінення у дуже складних схемах доз. У поєднанні зі складними методами планування лікування IMPT може формувати дозу протонів відповідно до цільової пухлини з безпрецедентною точністю, максимізуючи знищення ракових клітин і мінімізуючи пошкодження сусідніх здорових тканин.

Прагнучи продемонструвати вражаючу силу IMPT для створення складного розподілу доз, медичний фізик Лі Сю з Нью-Йоркський протонний центр винайшов незвичайний підхід – він використав пучки протонних олівців, щоб відтворити серію відомих картин як плани лікування, ефективно використовуючи протони як пензель.

«Коли я вперше потрапив у цю сферу, я пам’ятаю, як дивився на плани лікування і був вражений, наскільки вони гарні. Мені вони справді виглядали як витвори мистецтва», — розповідає Сю Світ фізики. «Проводячи все більше часу, спостерігаючи за плануванням лікування, я зрозумів, наскільки дозиметристи схожі на художників. Єдина різниця полягала в носії, який вони використовували, і в полотні, на яке вони наносили засіб».

Сюй вибрав п’ять відомих картин – Дівчина з перловою сережкою Йоганнес Вермеер, Зоряна ніч Вінсент Ван Гог, крик Едвард Мунк, Композиція з червоним, синім і жовтим Пітом Мондріаном і Син Людський від Рене Магрітта – відтворити в системі планування лікування Eclipse v16.1, опублікувавши отримані зображення в Медична дозиметрія.

Для створення кожної «картини» система планування використовувала клінічні протони з енергією 70–250 МеВ для нанесення «фарби» (дози випромінювання) на «полотно» (водний фантом) із загальним рецептом 100 Гр у 50 фракціях. . Кожен план лікування використовував від одного до шести протонних полів, спрямованих на передню частину полотна, з ізоцентром, розміщеним на глибині 10 см.

Процес починається подібно до традиційного твору мистецтва – із створення попереднього ескізу на полотні для визначення загального макета, у цьому випадку за допомогою інструмента 2D пензля в контурній робочій області Eclipse. Далі ключові елементи, такі як небо та земля, окреслюються як контури та поділяються на окремі структури для представлення різних кольорів, тонів і текстур. У деяких випадках Сю використовував остаточний підрозділ на ще менші структури (до 65 для найскладнішого живопису), щоб відобразити більш складні деталі.

Сюй призначав різні кольори різним рівням ізодози від 0 до 100 Гр з інтервалами приблизно в 300 сГр. Потім він оптимізував плани лікування, щоб нанести дози на полотно, щоб досягти бажаного кольору в кожній області. Сюй зазначає, що остаточний розподіл дози був розрахований за допомогою того самого алгоритму згортки-суперпозиції протонів, який використовується в його клініці.

«Після того, як я познайомився з протонною терапією скануючим променем олівця, я зрозумів, що можливості для малювання дози за допомогою протонів майже безмежні», — каже Сюй. «Я справді хотів побачити, як далеко я зможу це просунути, і що може бути кращим, ніж відтворити деякі з моїх улюблених картин за допомогою протонних променів. Хоча я виношував цю ідею вже майже п’ять років, я лише нещодавно мав час і терпіння втілити її в життя».

Остаточні відтворення показали помітну схожість з оригінальними творами мистецтва з достатньою роздільною здатністю, щоб прояснити дрібні деталі. Сюй зазначає, що кожна картина насправді є тривимірним витвором мистецтва, і її можна розглядати на різних глибинах у водному фантомі.

Чи може сканування олівцевим променем уможливити безконтактну протонну терапію?

Крім того, що картини є вражаючою демонстрацією передових медичних технологій, вони служать і додатковій меті. Сюй передбачає, що вони можуть виступати в якості освітнього інструменту, щоб допомогти пацієнтам, які проходять лікування, зрозуміти загальні принципи протонної терапії, або навіть допомогти студентам-медикам і медичній фізиці краще зрозуміти протонну фізику та дозиметрію за допомогою серії анотованих картин.

«Я сподіваюся, що ця стаття продемонструє, як далеко ми просунулися з часів двовимірного планування та як сучасні технології дозволили нам надавати цілеспрямовану допомогу, яка є індивідуальною для кожного пацієнта», – додає Сю. «Я також сподіваюся, що ця робота слугує нагадуванням усім нам у галузях радіаційної онкології та медичної фізики про те, що хоча ми часто вважаємо себе вченими чи клініцистами, у глибині душі ми також є митцями; і без мистецтва наша сфера не була б такою».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/