Эффект Черенкова в радиационной онкологии
Используя эффект Черенкова, радиологи сумели визуализировать ход лучей ионизационного облучения через человеческое тело. Это открытие позволит увеличить точность и безопасность облучение ионизирующим излучением при лечении пациентов с раковой патологией. Без сложных трудоемких методов, врачи смогут «увидеть» луч линейного ускорителя, как он входит и выходит из тела больного.
Человек не может видеть рентгеновские лучи. Когда пациент делает рентгеновский снимок или маммографию, то не чувствует и не видит как ионизационное облучение проходит через кости и мягкие ткани. Этого не может видеть и доктор. Но что если бы человек смог бы увидеть рентгеновские лучи?
Радиационный онколог увидел бы, как лучи поражают опухоль. В случае, когда луч не попадает в цель, то врач смог бы сделать необходимые корректировки. А точность в этом процессе очень важна. Цель радиационной терапии убить раковые клетки без повреждений здоровых тканей.
Для того, чтобы сделать радиационную онкологию лучше и более безопасней, в Дартмутском колледже начали углубленные исследования эффекта Черенкова. Исследователи предположили, что излучение Черенкова позволит «визуализировать» рентгеновский луч. Это даст возможность увидеть, как луч проходит через тело, вычислить дозу радиации на коже и любую ошибку в дозировании.
Что же такое эффект Черенкова? Телезрители видели изображения погруженных в воду топливных стержней атомной электростанции, которые излучают сине-зеленый блеск. Это и называется эффект Черенкова. Когда частица с электрическим зарядом движется быстрее, чем скорость света, через среду, которая не проводит электричество, как человеческое тело или вода, то возникает люминесценция. Вещество, через которое проходит излучение, поляризуется и испускает свет. Люди тоже светятся во время облучения, но в течении короткого периода.
На первом этапе исследования, инженеры модифицировали стандартную камеру с ночным виденьем для регистрации прохождения ионизационного излучение через воду. На фотографиях был четко виден эффект Черенкова - люминесцентное голубое свечение.
Затем ученые использовали манекен человеческого тела для обкатки новой технологии. Они измерили и изучили возможности люминесценции в зависимости от размера луча, позиции и длинны волны.
В дальнейшем было проведено фотографирование люминесценции во время радиационной терапии в ветеринарной клинике пса с опухолью ротовой полости.
Так впервые новый метод был использован в клинической практике. Ученые назвали новое медицинское оборудование Черенковскопом. Как и ожидалось на протяжении сеанса, они смогли получить исчерпывающую информацию о поле облучения и дозе. Результаты исследования были опубликованы в Journal of Biomedical Optics за ноябрь 2013 года.
Один из участников исследования говорит: «Впервые на животном мы смогли визуализировать ионизационный луч в режиме реального времени. Новый метод показал как форму луча, так и движение излучателя».
Затем последовало испытание новой технологии визуализации на людях. Ученые провели визуализацию сеанса облучения пациентки с диагнозом рак молочной железы.
Радиационный онколог Лесли А. Джарвис (Lesley A. Jarvis) говорит: «Рак молочной железы очень подходит для визуализации поверхностной дозы радиации на коже. Реакция кожи, вплоть до ожога, является обычным побочным эффектом при облучении. Визуализация и подсчет дозы, вызывающей ожёг, никогда не проводился».
«Мы надеемся узнать много о физических факторах, ведущих к этой кожной реакции, с помощью нового прибора. Большинство пациенток проходят от 8 до 20 сеансов облучения. Визуализация по методу Черенкова покажет «горячее пятно», где возможно работать на последующих сеансах. Кроме того, новый метод показывает точное расположение, изменение формы луча, а также точную дозу радиации»
Клиническое исследование показало, что использование эффекта Черенкова в режиме реального времени является очень эффективным при проведении сеанса радиационной терапии.
Руководитель клинических испытаний говорит: «Мы убедились, что процесс визуализации легко совмещается с процессом лечения и занимает очень мало времени. Кроме того, визуализация методом Черенкова позволяет получать больше информации, чем мы ожидали. Мы не ожидали такой четкой визуализации глубоких кровеносных сосудов».
Отображение кровеносных сосудов открывает новую возможность для радиационной онкологии для определения цели воздействия с учетом анатомических особенностей пациента. В настоящее время для определения точки воздействия наиболее часто используют имплантируемые маркеры или рентгеновским снимкам. Визуализация с помощью метода Черенкова позволит техникам визуализировать мягкие ткани и кровеносные сосуды.
Руководитель исследования говорит, что интеграция визуализации по методу Черенкова в рутинную клиническую практику позволит подтверждать дозу радиационного облучения и избежать ошибок в облучении.
Результаты пилотного исследования, в котором приняли участие 20 пациентов, планируют опубликовать в ближайшее время.