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粒子疗法

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质子造影:更接近临床使用的一步

23 Mar 2021
原型质子造影系统
原型质子造影系统在质子疗法之前产生具有足够质量的图像,并且在质子疗法之前进行范围验证和患者对齐。 (礼貌:Christina Sarosiek)

质子。比X射线更精确地破坏癌细胞。在健康组织中沉积更少剂量。验证治疗计划并改善患者对齐?

克里斯蒂娜萨罗西克,研究生 北伊利诺伊州大学,正在努力。

“我们项目的目标是制造 质子疗法 使用称为Proton射线照相的成像方式更安全,更有效,“她解释说。 “我们能够在治疗前直接拍照肿瘤的照片,因此知道我们正在辐照肿瘤而不是健康的组织。”

用质子创建射线照相

与所有医疗疗法一样,质子疗法有一些不确定性。治疗之间的患者解剖学的变化,患者的小错位或从计划CT扫描到质子处理计划的校准中的误差,例如,都可以导致肿瘤或向健康组织递送剂量,这两者都不是最佳。

Christina Sarosiek

Sarosiek是开发和表征的跨学科团队的一部分 原型质子造影系统 这不仅可以改善今天使用的方法,而且可以帮助科学家和临床医生解决所有这些挑战。

例如,医学物理学家可以验证质子范围 体内 用一个 范围探测 ,它通过通过患者通过低剂量,高能量质子铅笔束(非常薄的光束)并将测量的整体布拉格峰与来自规划CT的测量的整体布拉格峰值进行了比较。但是一个范围探测是有限的,因为它没有提供任何空间信息,不能改善患者对准。

另一方面,质子射线照相通过患者发送非常高能但低强度质子,然后基于所得数据重建图像,该数据代表,逐个像素,水当量厚度 - 基本上,如果它在水中,质子会出行多远。质子X型射线照片中的图像对比度是透射质子的能量损失(患者在患者中的质子的集成停止幂)。

“我们通过整个患者获得了综合能量的形象,”萨索克说。 “如果解剖学变化或[电子]密度对肿瘤的方式发生变化,我们会发现它看起来与患者完全集成的差异。”

要另一项方式,一个质子Xcextopp会告诉医疗物理学家或临床医生,但不是准确地说,从计划的内容有所不同。

“质子射线照片可以提醒我们在垂直于光束的平面上的差异范围,但单个质子射线照片无法介绍沿着光束路径(即近似或肿瘤的近端)的差异,”Sarosiek解释说:“Sarosiek解释说:”Sarosiek解释说。

图像质量足以进行预处理范围验证

Sarosiek和团队使用几种不同的幽灵表征了他们的原型质子造影系统。他们公布了这些研究的结果 医学物理学.

质子造影系统和团队的重建算法产生了足够的空间分辨率和图像质量的图像,以帮助在它们的质子处理开始之前更好地对准患者。

Proton radiographs

结果还示出了该系统可用于通过检测由治疗计划CT和质子处理计划之间的患者密度变化导致的治疗计划中的误差来帮助临床医生提供质量保证。这些应用可能最终帮助临床医生和医学物理学家减少治疗计划中的边距。

Sarosiek表示,它们的结果与其他研究的结果相当,依赖于定制质子Xco.Noxt系统。由Sarosiek研究的系统的一个优势和团队的其余部分是由行业合作者进行优化和商业化的。

集成质子成像和处理递送系统

“在短期内,我们知道[我们的质子放射线系统]作品。我认为,长期影响是,我们可以使用相同的模型进行成像和治疗,“萨索克说。

目前,使用基于X射线的CT扫描计划质子治疗处理。 CT图像以Hounsfield单元显示,其表示X射线衰减系数的变换。质子与组织和沉积剂量不同地与组织和沉积剂量相互作用,这提出了质子疗法的额外误差来源。

研究人员也在努力限制这些错误。可以使用几种质子X型射线照片将CT剂量与相对质子停止功率(RSP)的患者特异性曲线产生比较。然而,迄今为止,调查这一点的缺点是基于模拟数据,Sarosiek说。

正在追求的另一个大道是质子ct。质子CT将允许医疗物理学家和临床医生使用质子CT直接创建治疗计划,并避免像其他组检查的CT-RSP曲线一样校准曲线。 Sarosiek的合作者将来会调查这一点。

然而,现在,Sarosiek和其余的研究团队都集中在其在临床用途之前的质子造影的直接限制之一。

“这种方法的主要限制之一是,对于质子射线照相,我们需要高能,低强度质子束。但临床质子处理梁具有更高的能量强度,“萨索克说。这意味着任何集成的质子成像和治疗递送系统都需要船上梁监测系统,该系统分析低强度成像束,确保给患者的剂量仍然低。

她说,一旦解决这个问题,质子射线照相可以进入临床实践。

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