Máy đo liều lượng tia X nuốt được theo dõi xạ trị trong thời gian thực – Physics World

Máy đo liều lượng tia X nuốt được theo dõi xạ trị trong thời gian thực – Physics World

Dấu thời gian: 24:2023 sáng ngày 4 tháng 50 năm XNUMX

Xiaogang Liu và Bo Hou từ NUS
theo dõi liều lượng Xiaogang Liu (trái) và Bo Hou từ Đại học Quốc gia Singapore là những thành viên chủ chốt của nhóm phát triển liều kế tia X dạng viên nang mới. (Được phép: Đại học Quốc gia Singapore)

Các nhà nghiên cứu từ Singapore và Trung Quốc đã phát triển một liều kế tia X có thể nuốt được với kích thước bằng một viên thuốc lớn có thể theo dõi xạ trị đường tiêu hóa trong thời gian thực. Trong các thử nghiệm chứng minh khái niệm trên thỏ được chiếu xạ, nguyên mẫu của họ đã chứng minh độ chính xác cao hơn khoảng năm lần so với các biện pháp tiêu chuẩn hiện tại để theo dõi liều lượng được cung cấp.

Khả năng theo dõi chính xác xạ trị trong thời gian thực trong quá trình điều trị sẽ cho phép đánh giá trên trang web liều bức xạ hấp thụ ở các cơ quan giới hạn liều như dạ dày, gan, thận và tủy sống. Điều này có thể làm cho các phương pháp điều trị bức xạ an toàn hơn và hiệu quả hơn, có khả năng làm giảm mức độ nghiêm trọng của các tác dụng phụ. Tuy nhiên, việc đo liều phân phối và hấp thụ trong quá trình xạ trị khối u đường tiêu hóa là một nhiệm vụ khó khăn.

Liều kế mới, được mô tả trong Kỹ thuật y sinh học thiên nhiên, có thể thay đổi điều này. Viên nang 18 x 7 mm chứa một sợi quang linh hoạt được nhúng với các chất kích thích nano dai dẳng pha tạp lanthanide. Thiết bị ăn được này cũng kết hợp màng polyaniline phản ứng với pH, mô-đun chất lỏng để lấy mẫu dịch dạ dày động, cảm biến liều lượng và pH, bộ vi điều khiển tích hợp và pin oxit bạc để cung cấp năng lượng cho viên nang.

Các thành phần trong liều kế viên nang
Nhìn vào trong Các thành phần bên trong liều kế viên nang. (Lịch sự: Kỹ thuật y sinh học thiên nhiên 2023)

Các tác giả đầu tiên Bo Hou và Luying Yi của Đại học Quốc gia Singapore và các nhà đồng nghiên cứu giải thích rằng các máy phát quang nano tạo ra sự phát quang khi có bức xạ tia X, tia này truyền tới các đầu của sợi thông qua phản xạ toàn phần bên trong. Cảm biến đo liều đo tín hiệu ánh sáng này để xác định bức xạ được truyền đến khu vực mục tiêu.

Cũng như phép đo liều lượng tia X, viên nang cũng đo những thay đổi sinh lý về độ pH và nhiệt độ trong quá trình điều trị. Màng polyalinine thay đổi màu sắc theo độ pH của dịch dạ dày trong mô-đun chất lỏng; độ pH sau đó được đo bằng tỷ lệ tương phản màu của cảm biến pH, cảm biến này sẽ phân tích ánh sáng sau khi nó đi qua phim. Ngoài ra, ánh sáng phát ra từ máy phát quang nano sau khi chiếu xạ có thể được sử dụng làm nguồn sáng tự duy trì để theo dõi liên tục sự thay đổi pH động trong vài giờ mà không cần kích thích bên ngoài. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng này chưa có với các viên nang pH hiện có.

Các tín hiệu quang điện từ hai cảm biến được xử lý bởi một mạch phát hiện tích hợp truyền thông tin không dây đến một ứng dụng điện thoại di động. Sau khi được kích hoạt, ứng dụng có thể nhận dữ liệu từ viên nang trong thời gian thực thông qua truyền Bluetooth. Dữ liệu như liều bức xạ hấp thụ, nhiệt độ và độ pH của các mô, có thể được hiển thị bằng đồ họa, lưu trữ cục bộ hoặc tải lên máy chủ đám mây để lưu trữ vĩnh viễn và phổ biến dữ liệu.

Trước khi trong cơ thể thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã đánh giá phản ứng liều lượng của các máy tạo hạt nano. Họ đã sử dụng mô hình hồi quy dựa trên mạng thần kinh để ước tính liều bức xạ từ dữ liệu phát quang, phát quang và nhiệt độ. Họ đã phát triển mô hình bằng cách sử dụng hơn 3000 điểm dữ liệu được ghi lại trong khi phơi vỏ viên nang trước tia X ở mức liều từ 1 đến 16.68 mGy/phút và nhiệt độ từ 32 đến 46℃.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng cả cường độ phát quang và phát quang đều tỷ lệ thuận với sự thay đổi liều, cho thấy rằng việc kết hợp cả hai sẽ dẫn đến ước tính chính xác hơn về liều hấp thụ.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu xác nhận hiệu suất của liều kế ở ba con thỏ trưởng thành đã được gây mê. Sau khi phẫu thuật đặt viên nang vào dạ dày của từng con vật, họ đã thực hiện quét CT để xác định vị trí và góc chính xác của viên nang. Sau đó, họ chiếu xạ từng con vật nhiều lần trong khoảng thời gian 10 giờ bằng cách sử dụng suất liều tia X lũy tiến.

Nhóm nghiên cứu báo cáo: “Máy đo liều lượng không dây của chúng tôi đã xác định chính xác liều lượng bức xạ trong dạ dày, cũng như những thay đổi nhỏ về độ pH và nhiệt độ trong thời gian thực”. “Viên nang được đưa vào khoang tiêu hóa có khả năng phát hiện nhanh chóng những thay đổi về độ pH và nhiệt độ gần các cơ quan được chiếu xạ.”

Trước khi viên liều kế có thể được thử nghiệm lâm sàng, một hệ thống định vị cần được phát triển để đặt và neo nó tại vị trí mục tiêu sau khi nuốt phải. Cũng cần hiệu chuẩn tốt hơn và chính xác hơn việc chuyển đổi từ tín hiệu quang thành liều hấp thụ trước khi đánh giá lâm sàng.

Tiềm năng của liều kế mới vượt ra ngoài các ứng dụng đường tiêu hóa. Các nhà nghiên cứu hình dung việc sử dụng nó để theo dõi liều lượng của liệu pháp xạ trị ung thư tuyến tiền liệt, ví dụ, bằng cách sử dụng một viên nang neo trong trực tràng. Các phép đo thời gian thực của liều hấp thụ trong khối u vòm họng hoặc não cũng có thể khả thi nếu một viên nang có kích thước nhỏ hơn có thể được đặt trong khoang mũi trên.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý