การศึกษาการฉายรังสีในสัตว์ขนาดเล็กเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของการวิจัยโรคมะเร็ง ซึ่งเชื่อมช่องว่างระหว่างการทดลองในเซลล์และการทำให้เป็นจริงของเทคนิคการรักษาด้วยรังสีรักษาที่เกิดขึ้นใหม่ แต่ในขณะที่แพลตฟอร์มการวิจัยการแผ่รังสีพรีคลินิกที่ใช้โฟตอนนั้นมีการทำการค้า แต่โปรตอนก็ไม่เป็นเช่นนั้น โครงการSIRMIOซึ่งก่อตั้งโดยKatia Parodiที่ Ludwig-Maximilians-Universität München ( LMU )
มีวัตถุประสงค์เพื่อรวบรวมการบำบัดด้วยโปรตอน
และการวิจัยพรีคลินิกโดยการพัฒนาแพลตฟอร์มเฉพาะสำหรับการฉายรังสีโปรตอนในสัตว์ขนาดเล็ก เพื่อให้ได้ตำแหน่งสูงสุดของ Bragg peak ภายในเป้าหมาย ทีมงานได้เตรียมแพลตฟอร์มด้วยระบบ proton CT (pCT)
Parodi อธิบาย “จนถึงตอนนี้ คำแนะนำเกี่ยวกับภาพบนแพลตฟอร์มการวิจัยรังสีโฟตอนของสัตว์ขนาดเล็ก ซึ่งถูกนำมาใช้สำหรับการบำบัดด้วยโปรตอน “แต่ความสัมพันธ์ระหว่างการลดทอนรังสีเอกซ์และกำลังหยุดสัมพันธ์ของโปรตอน (RSP) นั้นไม่แน่นอน นอกจากนี้ ประสบการณ์จากเนื้อเยื่อของมนุษย์ไม่สามารถแปลเป็นเส้นโค้งการสอบเทียบสำหรับเนื้อเยื่อของหนูได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นเราจึงตัดสินใจพึ่งพาการถ่ายภาพโปรตอนเพื่อให้การจัดตำแหน่งก่อนการรักษาในขนาดต่ำ ควบคู่ไปกับความเป็นไปได้ของการถ่ายภาพด้วยเอกซเรย์เพื่อให้ข้อมูลกำลังการหยุดที่แม่นยำยิ่งขึ้น”
Parodi และเพื่อนร่วมงานได้ทำการศึกษาระบบ pCT ที่เสนอโดย Monte Carlo (MC) เพื่อประเมินความเป็นไปได้และเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบส่วนประกอบเครื่องตรวจจับ
การออกแบบเครื่องตรวจจับSIRMIO pCT เป็นระบบ
ติดตามอนุภาคเดี่ยว ซึ่งประกอบด้วยตัวตรวจจับการติดตามที่ด้านใดด้านหนึ่งของวัตถุที่ถ่ายภาพและตัวตรวจจับช่วงตกค้างที่วางอยู่ด้านล่าง เครื่องตรวจจับติดตาม ซึ่งประเมินการโคจรของอนุภาคผ่านวัตถุ แต่ละตัวมีเครื่องตรวจจับก๊าซระนาบ Micromegas สองเท่า เครื่องตรวจจับช่วงตกค้าง ซึ่งวัดพลังงานที่สูญเสียโดยโปรตอนแต่ละตัว (แสดงเป็นความยาวเส้นทางเทียบเท่าน้ำ WEPL) เป็นห้องฉายภาพเวลา Micromegas พร้อมตัวดูดซับ Mylar แนวตั้ง
Jonathan Bortfeldt ผู้เขียนร่วม กล่าวว่า “การถ่ายภาพโปรตอนพลังงานต่ำถูกท้าทายด้วยการกระเจิงในเครื่องตรวจจับ “ด้วยเหตุนี้ เราจึงเลือก Micromegas แบบใช้แก๊สเพื่อให้ได้งบประมาณวัสดุที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่ให้ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงและความสามารถในการนับจำนวนที่สูง เทคโนโลยีที่เสนอนี้สามารถปรับขนาดได้และสามารถปรับให้เข้ากับการใช้งานทางคลินิกในอนาคตได้”
ความละเอียดเชิงพื้นที่ของภาพ pCT ที่สร้างขึ้นใหม่นั้นพิจารณาจากความแม่นยำของวิถีโคจรของโปรตอนโดยประมาณ สำหรับตัวตรวจจับ Micromegas ขึ้นอยู่กับปัจจัยคงที่สองประการ: ระยะพิทช์ของแถบอ่านค่า (500 μm) และระยะห่างระหว่างตัวตรวจจับถึงวัตถุ (4 ซม.) บวกสองพารามิเตอร์ที่ปรับได้: งบประมาณวัสดุและระยะห่างระหว่างระนาบในแต่ละคู่ นักวิจัยได้ใช้การจำลอง MC ของลำแสงโปรตอนที่สแกนด้วย 75 MeV เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์สองตัวหลังนี้
Micromegas ทั่วไปใช้แถบทองแดงสามชั้นใน
โครงสร้างการอ่านข้อมูล เพื่อลดงบประมาณด้านวัสดุ ผู้เขียนคนแรก Sebastian Meyer ได้จำลองการออกแบบใหม่สองครั้ง: การนำแถบการอ่านข้อมูลชั้นสุดท้ายออกจากพื้นที่ทำงาน และเปลี่ยนแถบทองแดง 33 ไมครอน ด้วยแถบอลูมิเนียมหนา 9 ไมครอน การจำลองโครงสร้างทั้งสามในภาพหลอนน้ำแสดงให้เห็นว่าสำหรับการออกแบบแถบอลูมิเนียม ค่าเบี่ยงเบนการประมาณเส้นทาง RMS เฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 0.29 มม. เทียบกับ 0.36 และ 0.39 สำหรับการออกแบบแถบทองแดงแบบสองและสามชั้นตามลำดับ
นักวิจัยยังเปลี่ยนระยะห่างระหว่างระนาบทั้งสองในเครื่องติดตามคู่ตั้งแต่ 1 ถึง 10 ซม. พวกเขาพบว่าระยะห่างอย่างน้อย 7 ซม. เพิ่มความแม่นยำสูงสุดของวิถีโคจรของโปรตอนโดยประมาณ ให้ค่าเบี่ยงเบนเส้นทาง RMS เฉลี่ย 0.18 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงการลดความละเอียดเชิงพื้นที่ พวกเขาเลือกระยะห่าง 10 ซม. ว่าเหมาะสมที่สุด
ภาพจำลอง pCT ของภาพหลอนขอบเอียงเผยให้เห็นความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ 1.9, 2.2 และ 2.8 มม. – 1สำหรับการออกแบบแถบทองแดงและอลูมิเนียมสองและสามชั้นตามลำดับ ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าประสิทธิภาพนี้เทียบได้กับระบบ X-ray cone-beam CT ที่ใช้กันทั่วไปในการวิจัยพรีคลินิก
นักวิจัยได้วัดความแม่นยำของ RSP สำหรับความหนาของตัวดูดซับ Mylar ระหว่าง 250 ถึง 1,000 μm โดยการจำลอง pCT ของภูตผีน้ำด้วยเม็ดมีดที่เทียบเท่าเนื้อเยื่อ ความหนาของตัวดูดซับภายใน 500–750 μm ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนที่ดีที่สุดระหว่างความละเอียด WEPL และความซับซ้อนของตัวตรวจจับ โดยให้ความแม่นยำ RSP ต่ำกว่า 0.5%
การศึกษาสัตว์เล็กนักวิจัยได้จำลองภาพ pCT ของหัวเมาส์โดยใช้การออกแบบ pCT ที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด ภาพ pCT มีความคล้ายคลึงกันอย่างชัดเจนกับกายวิภาคอ้างอิงที่ระดับสัญญาณรบกวนต่ำ แต่มีการเบลอเนื่องจากความละเอียดเชิงพื้นที่จำกัด
แผนการรักษาในการตรวจสอบว่าภาพ pCT ดังกล่าวเหมาะสำหรับการวางแผนการรักษาหรือไม่ พวกเขาใช้ระบบการวางแผนการรักษาโปรตอนที่ใช้ MC เพื่อวางแผนการรักษาเนื้องอกในสมองและปอดในแบบจำลองเมาส์ การเปรียบเทียบแผนอ้างอิงที่ปรับให้เหมาะสมที่สุดกับแผนที่คำนวณใหม่บนอิมเมจ pCT แสดงให้เห็นว่า pCT เปิดใช้งานความแม่นยำในระดับย่อยมิลลิเมตร ข้อผิดพลาดช่วงสัมพัทธ์เฉลี่ยอยู่ที่ -0.02±1.42% และ +0.87±0.98% สำหรับกรณีปอดและสมองตามลำดับ ความแตกต่างของช่วงเทียบเท่าน้ำสัมบูรณ์ที่สอดคล้องกันคือ -0.01±0.20 มม. และ +0.09±0.10 มม.แพลตฟอร์มการฉายรังสีในสัตว์ขนาดเล็กทำการศึกษาโปรตอนพรีคลินิก
Parodi ตั้งข้อสังเกตว่าส่วนประกอบเครื่องตรวจจับทั้งสองของระบบ pCT อยู่ระหว่างการก่อสร้างและกำลังทดสอบอยู่ “ต้นแบบไมโครเมกาสำหรับติดตามขนาดเต็มพร้อมแถบอะลูมิเนียม เช่นเดียวกับรุ่นลดขนาดของกล้องโทรทรรศน์ช่วงห้องฉายเวลาแบบเต็มสเกลที่มีฟอยล์ Mylar เป็นตัวดูดซับ ได้รับการยอมรับแล้วภายในบริษัทและใช้งานสำเร็จในพลังงานต่ำได้สำเร็จ คานโปรตอนจากเครื่องเร่งความเร็วของมิวนิกควบคู่” เธออธิบาย “ปัจจุบันมีการสร้างต้นแบบขนาดใหญ่ขึ้นและคาดว่าการใช้งาน pCT ของระบบอย่างเต็มรูปแบบคาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วงฤดูใบไม้ร่วงปี 2020”
Credit : hyperkinky.net imichaelkorsfactorys.com iskandarpropertytube.com italianpoetryreview.net jackpinebobcary.net
