切伦科夫颜色成像显示承诺提高放疗效果

切伦科夫成像是一种有价值的治疗工具,可以帮助医生追踪和监控组织癌症治疗期间收到的辐射剂量。这种成像技术是通过检测切伦科夫辐射,这是组织发出的高能辐射,如x射线或从线性加速器电子束。从入射辐射高能带电粒子穿过生物组织,作为主要或次要辐射,与电磁场相互作用的原子和分子的组织。这些软collision-type交互导致电磁变化时切伦科夫辐射释放的分子回到原来的状态,可以发现和相关的沉积剂量的辐射。

在一个理想的场景,没有吸收或分散的组织切伦科夫,发出的光成正比这一事件辐射剂量,允许精确检测辐射剂量交付给组织的切伦科夫发出信号。然而在现实中,组织衰减减少切伦科夫辐射的强度,改变否则沉积剂量之间的线性关系和观测到的切伦科夫辐射。这意味着切伦科夫辐射信号人体组织可以看作是不准确与剂量成正比。

教授布莱恩·w·波格目前领导团队在达特茅斯大学和威斯康星大学麦迪逊分校,旨在使切伦科夫成像的一个可靠指标辐射剂量。他说:“先前的研究表明组织吸收和散射的贡献可高达45%的变异检测之间的切伦科夫辐射成像的患者。此外,人与人之间的差异皮肤的颜色可能会改变的信号电平90%和血液或散射的变化内容可能导致高达20%的信号变化。这凸显了需要了解切伦科夫信号衰减在生物组织通过基础研究,看看我们可以占多光谱成像或颜色。”

在发表的一项研究《生物医学光学(JBO),研究人员测试了切伦科夫辐射强度变化的变化生物组织吸收特性,比如血药浓度在组织和皮肤中黑色素浓度。为此,他们准备组织和血液幻影不同黑色素层和血容量水平。然后暴露这些幻影高能x射线和分析产生的切伦科夫辐射,使用专门设计的相机检测到信号在红、绿、蓝(RGB)波长乐队,通常在彩色摄影中完成。关键的区别是这台相机time-gated形象只是在快速微秒脉冲辐射。

研究人员使用切伦科夫颜色成像来确定他们能使用正确信息从频谱衰减造成的某些影响生物因素诸如血液和黑色素水平。他们选择黑色素浓度,覆盖了人类皮肤颜色和观察到的范围,增加黑色素水平和血液导致切伦科夫排放强度下降。他们指出,极高的黑色素水平可以导致切伦科夫辐射显著减少,使它具有挑战性的执行切伦科夫颜色成像在个人与黑暗的肤色。

研究小组发现,所有的颜色表现出类似的强度随着黑色素水平降低。然而,在血鬼影的血药浓度增加,他们观察到红色通道衰减程度低于蓝色和绿色通道,由于血红蛋白的吸收蓝色和绿色的颜色。他们得出结论,因为颜色变化是不同的,他们可以校准的不同衰减基于肤色或血容量组织。

“这些结果具有重要意义,因为它们表明,不同的生物因素独特改变切伦科夫的RGB光谱排放。这一发现打开正确的可能性减切伦科夫信号基于病人的血体积或皮肤颜色,”波格总结道。“这项工作进一步发展看多光谱特征是持续的,是工作与color-regular相机成像和color-Cherenkov相机。”

这项研究表明,切伦科夫颜色成像,尽管有缺点,有可能使放射治疗更安全、更有效和适当的调整,获得信号。