用质子绘画：治疗光束再现艺术作品 – 物理世界

强度调制质子治疗 (IMPT) 是一种先进的癌症治疗技术，它使用狭窄的铅笔状质子束（在患者体内逐点、逐层绘制）以高度复杂的剂量模式提供辐射。 结合先进的治疗计划技术，IMPT 可以以前所未有的精度调整质子剂量以匹配目标肿瘤，最大限度地破坏癌细胞，同时最大限度地减少对附近健康组织的损害。

为了展示 IMPT 在创造复杂的剂量分布方面的令人印象深刻的力量，来自该大学的医学物理学家 Lee Xu 纽约质子中心 他想出了一种不同寻常的方法——他使用质子铅笔束重新创作了一系列著名的绘画作为治疗计划，有效地将质子用作画笔。

“当我第一次进入这个领域时，我记得看着治疗计划，并对它们的美丽感到惊讶。 对我来说，它们真的像是艺术品。”徐说道 物理世界。 “随着我花越来越多的时间观察治疗计划，我意识到剂量师与艺术家有多么相似。 唯一的区别实际上在于他们使用的媒介以及他们将媒介应用到的画布上。”

徐老师选择了五幅著名的画作—— 戴珍珠耳环的女孩 约翰内斯·维米尔， 星夜 文森特·梵高， 那声尖叫 爱德华·蒙克, 红色、蓝色和黄色的组合 皮特·蒙德里安，以及 人的儿子 作者：René Magritte – 在 Eclipse v16.1 治疗计划系统中重新创建，并在 医疗剂量.

为了生成每幅“绘画”，规划系统使用能量为 70-250 MeV 的临床质子将“绘画”（辐射剂量）沉积到“画布”（水体模）上，总处方为 100 Gy，分为 50 个部分。 每个治疗计划都采用 10 到 XNUMX 个质子场，直接投射到画布的正面，等中心放置在 XNUMX 厘米的深度。

该过程以与传统艺术作品类似的方式开始 - 通过在画布上创建初步草图来确定总体布局，在本例中使用 Eclipse 轮廓工作区中的 2D 画笔工具。 接下来，天空和地面等关键元素被描绘成轮廓，并分为单独的结构来代表不同的颜色、色调和纹理。 在某些情况下，徐使用最终细分为更小的结构（最复杂的绘画最多 65 个）来反映更复杂的细节。

Xu 将不同的颜色分配给 0 到 100 Gy 之间的各种等剂量水平，间隔大约为 300 cGy。 然后，他优化了治疗计划，将剂量沉积在画布上，从而在每个区域实现所需的颜色。 徐指出，最终的剂量分布是使用他的诊所使用的相同质子卷积叠加算法计算的。

“在熟悉笔束扫描质子治疗后，我意识到使用质子进行剂量绘制的可能性几乎是无限的，”徐说。 “我真的很想看看我能把它推到多远，还有什么比使用质子束重新创作我最喜欢的一些画作更好的方法。 虽然我已经有了这个想法近五年了，但直到最近我才有时间和耐心将其实现。”

最终的再现与原始艺术作品表现出明显的相似性，并具有足够的分辨率来阐明细节。 徐指出，每幅画实际上都是一件三维艺术作品，可以在水幻影的多个深度进行观看。

笔形束扫描能否实现无机架质子治疗？

这些画作除了令人印象深刻地展示了尖端医疗技术外，还有一个额外的用途。 徐设想它们可以作为一种教育工具，帮助接受治疗的患者了解质子治疗的一般原理，甚至通过使用一系列带注释的绘画来帮助医学和医学物理学生更好地理解质子物理和剂量学。

“我希望这篇论文能够展示自 2D 规划时代以来我们所取得的进步，以及现代技术如何使我们能够为每位患者提供高度针对性的护理，”Xu 补充道。 “我还希望这项工作能够提醒我们放射肿瘤学和医学物理学领域的所有人，虽然我们经常认为自己是科学家或临床医生，但在内心深处我们也是艺术家； 没有艺术，我们的领域就不一样了。”

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/painting-with-protons-treatment-beams-recreate-works-of-art/