Vẽ tranh bằng proton: chùm tia xử lý tái hiện tác phẩm nghệ thuật – Thế Giới Vật Lý

Vẽ tranh bằng proton: chùm tia xử lý tái hiện tác phẩm nghệ thuật – Thế Giới Vật Lý

Dấu thời gian: Ngày 27 tháng 2023 năm 4 30:XNUMX AM

Chùm proton tái tạo tác phẩm nghệ thuật
Tranh proton Tác phẩm nghệ thuật gốc và các “bức tranh” được tái tạo bằng phương pháp rửa màu isodose và rửa màu liều lượng dành cho Cô gái with a Pearl Earring của Johannes Vermeer (hàng trên cùng), Đêm đầy sao của Vincent van Gogh (hàng giữa) và Tiếng hét của Edvard Munch (hàng dưới). (Lịch sự: Đo liều y tế 10.1016/j.meddos.2023.08.006)

Liệu pháp proton điều biến cường độ (IMPT) là một kỹ thuật điều trị ung thư tiên tiến sử dụng các chùm proton hẹp giống như bút chì – được vẽ từng điểm và từng lớp bên trong bệnh nhân – để cung cấp bức xạ ở các dạng liều rất phức tạp. Kết hợp với các kỹ thuật lập kế hoạch điều trị phức tạp, IMPT có thể định hình liều proton để phù hợp với khối u mục tiêu với độ chính xác chưa từng có, tối đa hóa việc tiêu diệt các tế bào ung thư đồng thời giảm thiểu thiệt hại cho các mô khỏe mạnh gần đó.

Nhằm thể hiện sức mạnh ấn tượng của IMPT trong việc tạo ra sự phân bổ liều lượng phức tạp, nhà vật lý y tế Lee Xu từ Trung tâm Proton New York đã nghĩ ra một cách tiếp cận khác thường – ông sử dụng chùm tia bút chì proton để tái tạo một loạt bức tranh nổi tiếng làm kế hoạch xử lý, sử dụng hiệu quả các proton làm cọ vẽ.

“Khi mới bước chân vào lĩnh vực này, tôi nhớ mình đã nhìn vào các kế hoạch điều trị và ngạc nhiên trước vẻ đẹp của chúng. Chúng thực sự trông giống như những tác phẩm nghệ thuật đối với tôi”, Xu nói. Thế giới vật lý. “Khi tôi dành nhiều thời gian hơn để quan sát việc lập kế hoạch điều trị, tôi nhận ra rằng các bác sĩ đo liều giống nhau như thế nào đối với các nghệ sĩ. Sự khác biệt duy nhất thực sự là ở chất liệu họ sử dụng và khung vẽ mà họ áp dụng chất liệu đó lên.”

Xu chọn năm bức tranh nổi tiếng – Cô gái with a Pearl Earring của Johannes Vermeer, Đêm đầy sao của Vincent van Gogh, Tiếng hét của Edvard Munch, Bố cục với màu đỏ, xanh lam và vàng của Piet Mondrian, và Con người của René Magritte – để tái tạo trong hệ thống lập kế hoạch điều trị Eclipse v16.1, chia sẻ các hình ảnh thu được trong Đo liều y tế.

Để tạo ra mỗi “bức tranh”, hệ thống lập kế hoạch đã sử dụng các proton lâm sàng có năng lượng 70–250 MeV để gửi “sơn” (liều bức xạ) lên một “khung vẽ” (bóng ma nước), với tổng công suất là 100 Gy chia làm 50 phần. . Mỗi kế hoạch xử lý sử dụng từ một đến sáu trường proton hướng lên mặt trước của khung vẽ, với tâm điểm được đặt ở độ sâu 10 cm.

Quá trình này bắt đầu theo cách tương tự như một tác phẩm nghệ thuật truyền thống – bằng cách tạo một bản phác thảo sơ bộ trên khung vẽ để xác định bố cục tổng thể, trong trường hợp này là sử dụng công cụ cọ vẽ 2D trong không gian làm việc tạo đường nét của Eclipse. Tiếp theo, các yếu tố chính như bầu trời và mặt đất được mô tả dưới dạng đường viền và chia thành các cấu trúc riêng biệt để thể hiện các màu sắc, tông màu và kết cấu khác nhau. Trong một số trường hợp, Xu sử dụng sự phân chia cuối cùng thành các cấu trúc thậm chí còn nhỏ hơn (lên tới 65 đối với bức tranh phức tạp nhất) để phản ánh các chi tiết phức tạp hơn.

Xu đã gán các màu khác nhau cho các mức đồng vị khác nhau trong khoảng từ 0 đến 100 Gy trong khoảng thời gian khoảng 300 cGy. Sau đó, ông đã tối ưu hóa kế hoạch điều trị để đưa liều lượng vào khung vẽ nhằm đạt được màu sắc mong muốn ở từng vùng. Xu lưu ý rằng sự phân bổ liều lượng cuối cùng được tính toán bằng cách sử dụng cùng một thuật toán xếp chồng tích chập proton được sử dụng trong phòng khám của ông.

Xu nói: “Sau khi làm quen với liệu pháp proton quét bằng chùm tia bút chì, tôi nhận ra khả năng vẽ liều lượng bằng cách sử dụng proton là gần như vô hạn”. “Tôi thực sự muốn xem mình có thể đẩy nó đi bao xa và còn cách nào tốt hơn là tái tạo một số bức tranh yêu thích của tôi bằng cách sử dụng chùm proton. Mặc dù tôi đã ấp ủ ý tưởng này gần 5 năm nhưng gần đây tôi mới có đủ thời gian và kiên nhẫn để biến nó thành hiện thực.”

Các tác phẩm tái tạo cuối cùng thể hiện sự tương đồng rõ rệt với các tác phẩm nghệ thuật gốc với độ phân giải đủ để làm sáng tỏ các chi tiết đẹp. Xu lưu ý rằng mỗi bức tranh thực sự là một tác phẩm nghệ thuật ba chiều và có thể được xem ở nhiều độ sâu trong bóng nước.

Ngoài việc là một minh chứng ấn tượng về công nghệ y tế tiên tiến, các bức tranh còn phục vụ một mục đích bổ sung. Xu dự tính rằng chúng có thể hoạt động như một công cụ giáo dục, giúp bệnh nhân đang điều trị hiểu được các nguyên tắc chung của liệu pháp proton, hoặc thậm chí giúp sinh viên y khoa và vật lý y khoa hiểu rõ hơn về vật lý proton và đo liều bằng cách sử dụng một loạt bức tranh có chú thích.

Xu cho biết thêm: “Tôi hy vọng bài viết này cho thấy chúng tôi đã tiến được bao xa kể từ thời lập kế hoạch 2D và công nghệ hiện đại đã cho phép chúng tôi cung cấp dịch vụ chăm sóc có mục tiêu cụ thể cho từng bệnh nhân như thế nào”. “Tôi cũng hy vọng công việc này như một lời nhắc nhở cho tất cả chúng ta trong lĩnh vực bức xạ ung thư và vật lý y tế rằng mặc dù chúng ta thường coi mình là nhà khoa học hoặc bác sĩ lâm sàng nhưng trong sâu thẳm chúng ta cũng là những nghệ sĩ; và không có nghệ thuật, lĩnh vực của chúng tôi sẽ không giống nhau.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý