Las imágenes de Cherenkov durante la radioterapia permiten la visualización y el mapeo en tiempo real de los haces de radiación a medida que administran la dosis al cuerpo de un paciente, lo que proporciona una forma de evaluar la precisión de la administración del tratamiento en tiempo real. También se está probando exhaustivamente en laboratorios de investigación de todo el mundo como una herramienta para cuantificar las dosis reales de radiación administradas a los pacientes, de forma que no se vea afectada por el color de la piel.
La técnica de imagen óptica ofrece los beneficios de una alta resolución espacial, una alta sensibilidad y una rápida velocidad de imagen en comparación con los métodos convencionales para medir la dosis de radiación. Pero todavía hay desafíos que superar antes de que todas sus capacidades puedan adoptarse para uso clínico.
La radiación de Cherenkov se produce cuando las partículas cargadas viajan a una velocidad mayor que la velocidad de fase de la luz en el tejido. La intensidad de la señal es proporcional a la dosis de radiación administrada y, en un escenario ideal, indica con precisión la dosis administrada durante el tratamiento de radioterapia.
En realidad, sin embargo, la atenuación del tejido reduce la intensidad de la radiación Cherenkov emitida y altera la relación lineal entre la dosis depositada y la emisión Cherenkov observada. Debido a esto, la señal de Cherenkov del tejido humano aún no se puede interpretar con precisión como totalmente proporcional a la dosis.
Investigadores en Dartmouth College y del Universidad de Wisconsin-Madison están trabajando para que las imágenes de Cherenkov sean un indicador fiable de la dosis de radiación. En un estudio reciente publicado en el Revista de óptica biomédica, utilizaron una cámara intensificada personalizada de tres canales con control de tiempo para obtener imágenes de las longitudes de onda rojas, verdes y azules de la emisión de Cherenkov de varios fantasmas de tejido. Ellos plantean la hipótesis de que la intensidad de la emisión de Cherenkov cambia con las variaciones en las características de absorción biológica, como la concentración de sangre dentro del tejido y la concentración de melanina en la piel humana con diferentes niveles de pigmentación.
"La absorción y la dispersión de los tejidos pueden causar una gran variación entre los pacientes en las emisiones de Cherenkov detectadas", explica el investigador principal. Brian Pogué, De la Escuela de Medicina y Salud Pública de la Universidad de Wisconsin-Madison y de Dartmouth Escuela de Ingeniería Thayer. "Sabemos que la variación en el color de la piel puede alterar el nivel de la señal hasta en un 90 %, y los cambios en la sangre o el contenido disperso pueden provocar una variación de la señal de hasta un 20 %".
“Realizamos nuestro estudio para comprender mejor cómo las propiedades ópticas del tejido afectan los colores de emisión de la luz Cherenkov y para comenzar a identificar formas de utilizar el espectro de la luz para la calibración o corrección de los efectos de atenuación del tejido”, explica.
Para el estudio, Pogue y sus colegas prepararon fantomas de tejido y sangre con niveles variables de melanina y volumen de sangre. Crearon capas epidérmicas sintéticas de 0.1 mm de espesor que contenían siete concentraciones diferentes de melanina sintética que coincidían con las de la piel humana, y luego colocaron estas capas encima de fantasmas de tejido a granel grueso. Los investigadores también probaron siete fantomas de sangre con concentraciones en sangre que iban desde tejido graso hasta tejido muscular altamente vascularizado.
Los investigadores irradiaron los fantasmas con una dosis de 3 Gy usando haces de fotones de 6 MV y haces de electrones de 6 MeV y adquirieron imágenes para cada canal de color. Las adquisiciones se sincronizaron con el LINAC, para capturar la emisión de Cherenkov solo durante los pulsos de radiación de microsegundos sin luz ambiental de fondo. Señalan que para ambos haces, no hubo emisión de Cherenkov observable para melanina por encima de 0.0076 mg/ml (un nivel medio alto).
El equipo informa que la emisión de Cherenkov de los fantasmas disminuyó a medida que aumentó la concentración de melanina. Los niveles extremadamente altos de melanina causaron una reducción significativa en la emisión de Cherenkov, lo que dificulta la realización de imágenes en personas con los tonos de piel más oscuros.
El color también marcó la diferencia al obtener imágenes de fantomas de sangre, con una mayor atenuación a medida que aumentaba la concentración en sangre. El canal rojo se atenuó en menor medida que los canales azul y verde, debido a la absorción de los colores azul y verde por la oxihemoglobina en la sangre. “Estos hallazgos sugieren que las imágenes en longitudes de onda rojas e infrarrojas cercanas serán mejores”, comenta Pogue. “Además, haber caracterizado la cantidad de atenuación en cada banda de color facilitará la calibración del color de la piel”.
“Nuestros hallazgos respaldan la idea de que las imágenes en color o espectrales de Cherenkov podrían proporcionar una metodología experimental para separar la atenuación biológica de la intensidad de la generación física de Cherenkov con deposición de dosis. Idealmente, el objetivo sería utilizar la intensidad de Cherenkov como un indicador de la dosis administrada en el tejido, independientemente del volumen de sangre que contiene o del color de la piel, mediante la corrección del color”, escriben los investigadores.
Imágenes de Cherenkov para visualizar la radioterapia: un año de uso clínico
El equipo ha iniciado un ensayo clínico con colaboradores en Moffitt Cancer Center, para obtener imágenes de pacientes con una gama más amplia de variación del color de la piel, y espera expandir el ensayo a UWSalud en Madison "Esto nos permitirá probar este tipo de imágenes en pacientes que representan mejor el rango normal de las poblaciones de pacientes con cáncer", dice Pogue Mundo de la física. “Realmente queremos comprender mejor cómo se ven las imágenes y si podemos confiar en las imágenes de Cherenkov para mostrarnos el patrón de administración de radiación a todos los pacientes, independientemente del color de su piel”.
“Hasta ahora, los datos parecen alentadores”, agrega. “Debido a que se emite menos luz a medida que aumenta el contenido de melanina de la piel, también estamos utilizando imágenes en color para corregir esto. Tenemos la esperanza de poder hacer que el sistema sea en gran medida independiente del color de la piel. Creemos que la interpretación espectroscópica puede ayudar a relacionar mejor la emisión de Cherenkov con la dosis de radiación ionizante administrada durante la radioterapia”.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/colour-resolved-cherenkov-imaging-improves-the-accuracy-of-radiotherapy-dose-monitoring/
