การวางตำแหน่งผู้ป่วยที่แม่นยำเป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการฉายรังสีใดๆ แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบำบัดด้วยอนุภาค ซึ่งมีความอ่อนไหวสูงต่อความไม่แน่นอนของช่วง หากคาดว่าจะมีการเคลื่อนไหวของเนื้องอกขนาดใหญ่ สามารถฝังเครื่องหมาย fiducial เข้าไปในเนื้องอกเพื่อตรวจสอบตำแหน่งเป้าหมายก่อนแต่ละส่วนของรังสีบำบัด มาร์กเกอร์เหล่านี้มักทำจากวัสดุที่มีเลขอะตอมสูงเพื่อให้แน่ใจว่าจะมองเห็นได้ในภาพเอ็กซ์เรย์ อย่างไรก็ตาม
พวกมันสามารถทำให้เกิดสิ่งประดิษฐ์ใน CT
การวางแผนและยังสามารถทำให้เกิดการรบกวนของขนาดยาเนื่องจากการกระเจิงของขอบในระหว่างการรักษา เพื่อตรวจสอบผลกระทบหลังนี้ ทีมวิจัยที่มุ่งหน้าไปที่GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Researchได้ประเมินความรุนแรงของการรบกวนของขนาดยาที่สร้างขึ้นโดยเครื่องหมายการค้าขนาดเล็กสี่ตัวที่มีรูปทรงและวัสดุต่างกัน ทีมงานทำการทดลองโดยใช้คานคาร์บอนไอออนที่มีพลังงานสามแบบที่ Marburg Ion Therapy Center
เครื่องตรวจจับที่ทันสมัยการศึกษาก่อนหน้านี้โดยใช้การจำลองและการวัดฟิล์มเรดิโอโครมิกพบว่าวัสดุที่มีน้ำหนักมากกว่าและวัสดุที่หนักกว่าทำให้เกิดผลกระทบจากการกระเจิงที่ขอบมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ด้วยการวัดฟิล์ม เป็นการยากที่จะคาดการณ์ว่าจะวางฟิล์มไว้ที่ตำแหน่งใดบนแกนลำแสงเพื่อค้นหาการรบกวนของปริมาณรังสีสูงสุด
เพื่อแก้ไขข้อจำกัดนี้ ทีม GSI ได้พัฒนาระบบการวัดที่ประกอบด้วยเซ็นเซอร์พิกเซล MIMOSA28 จำนวน 6 ตัว ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับแบบ CMOS ที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูง “การทำงานร่วมกันระหว่าง GSI และIPHCในสตราสบูร์กเป็นโอกาสที่ดีในการใช้เครื่องตรวจจับฟิสิกส์อนุภาคล้ำสมัยเช่น MIMOSA28 สำหรับการใช้งานทางคลินิก” ผู้เขียนคนแรก Claire-Anne Reidel กล่าว
ระบบจะวัดวิถีโคจรของทุกอนุภาคและสร้าง
แต่ละแทร็กใหม่ ซึ่งจะใช้เพื่อสร้างการกระจายฟลูเอนซ์ 3 มิติ จากสิ่งนี้ สามารถดึงแผนที่ 2D fluence เพื่อกำหนดตำแหน่งของการรบกวนของปริมาณรังสีสูงสุดตามแกนลำแสง ขนาดของการรบกวนสูงสุดคำนวณโดยการเปรียบเทียบโปรไฟล์ของลำแสงที่ตำแหน่งกับของลำแสงที่ไม่รบกวน
Reidel อธิบายว่า “ตรงกันข้ามกับการใช้ฟิล์ม เทคนิค CMOS นี้ให้การกระจายความลื่นไหลอย่างต่อเนื่อง (แผนที่) ซึ่งสามารถระบุการรบกวนสูงสุดได้อย่างง่ายดาย และสามารถดึงข้อมูลได้มากกว่าในภาพยนตร์”
ในการตรวจสอบระบบติดตาม ทีมงานใช้เซ็นเซอร์ MIMOSA28 เพื่อวัดลำแสงคาร์บอนไอออน 294.97 MeV/u ที่เคลื่อนผ่านถังเก็บน้ำขนาดเล็กและ/หรือบล็อกโพลีเอทิลีนจำลองเนื้อเยื่อ การเปรียบเทียบโปรไฟล์ลำแสงจากเซ็นเซอร์ MIMOSA28 กับเซ็นเซอร์ที่วัดด้วยฟิล์มเรดิโอโครมิกเผยให้เห็นข้อตกลงที่ดีระหว่างทั้งสอง
การตั้งค่าทดลองต่อไปนักวิจัยได้เปรียบเทียบโปรไฟล์
เซ็นเซอร์ MIMOSA28 กับฟิล์มที่มีเครื่องหมาย fiducial แทรกอยู่ในถังเก็บน้ำที่ลำแสงไอโซเซ็นเตอร์ พวกเขาศึกษาเครื่องหมาย fiducial สี่ตัวที่ใช้สำหรับการนำทางด้วยภาพในปัจจุบันระหว่างการบำบัดด้วยลำแสงไอออน ซึ่งรวมถึงมาร์กเกอร์ทองคำขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 0.5 มม.) สามตัว (Visicoil, Gold Anchor #1 และ Gold Anchor #2) และเคลือบคาร์บอนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. เครื่องหมายZrO2 _
ผลการทดสอบยืนยันความถูกต้องของการใช้เซ็นเซอร์ CMOS สำหรับการวัดการรบกวนของฟลูเอนซ์ ตัวอย่างเช่น โปรไฟล์ลำแสงสำหรับลำแสงคาร์บอนไอออน 294.97 MeV/u ที่มีจุดยึดทองคำ #1 แสดงจุดเย็นที่ 2.4% วัดโดยเซ็นเซอร์ CMOS และจุดเย็น 2.5% วัดด้วยฟิล์ม
การเปรียบเทียบจุดเย็น
ต่อไป Reidel และเพื่อนร่วมงานใช้แผนที่ Fluence 2D เพื่อคำนวณขนาดและตำแหน่งของจุดเย็นสูงสุดที่สร้างโดยเครื่องหมาย fiducial ต่างๆ ขั้นแรก พวกเขาตรวจสอบ Gold Anchor #1, Visicoil และเครื่องหมาย ZrO 2ที่เคลือบคาร์บอนที่พลังงานลำแสงคาร์บอนไอออนที่ 278.84, 294.97 และ 310.61 MeV/u
จุดเยือกแข็งสูงสุดและตำแหน่งปลายน้ำของเครื่องหมาย fiducial แปรผันตามหน้าที่ของพลังงานลำแสง โดยพลังงานที่น้อยกว่าจะสร้างผลกระทบได้มากกว่า มาร์กเกอร์ที่มีความหนาแน่นและเลขอะตอมสูงกว่าจะสร้างจุดเย็นที่แรงขึ้นและใหญ่ขึ้น ตัวอย่างเช่น ที่ 278.84 MeV/u จุดเยือกแข็งสูงสุดคือ 2.8%, 6.6% และ 9.2% สำหรับ ZrO 2 , Gold Anchor #1 และเครื่องหมาย Visicoil ที่ระยะปลายน้ำของเครื่องหมาย fiducial ที่ 23, 12 และ 15 มม. ตามลำดับ
แผนที่ Fluence
ซ้าย: แผนที่ fluence ของลำแสงคาร์บอนไอออน 278.84 MeV/u ขวาง Visicoil (แผงด้านบน) และ ZrO 2 (แผงด้านล่าง) fiducials วางไว้ที่ (0, 0) ขวา: โปรไฟล์ลำแสงที่สอดคล้องกันที่ตำแหน่งของจุดเยือกแข็งสูงสุด (เส้นแนวตั้งบนแผนที่ fluence) (มารยาท: Phys. Med. Biol. 10.1088/1361-6560/ab762f)
ทีมงานยังได้วิเคราะห์เครื่องหมาย Gold Anchor #2 ซึ่งซับซ้อนกว่าเนื่องจากถูกพับเป็นรูปสุ่ม สำหรับไอออนคาร์บอน 310.61 MeV/u จุดเยือกแข็งที่สร้างโดย Gold Anchor #2 อยู่ที่ประมาณ 4.4% เทียบกับ 4.2% สำหรับ Gold Anchor #1 และ 7.3% สำหรับ Visicoil
Reidel ตั้งข้อสังเกตว่าในการบำบัดด้วยอนุภาค โดยทั่วไปจะใช้เขตข้อมูลที่เป็นปฏิปักษ์สองแห่งต่อการฉายรังสีเพื่อลดผลกระทบของจุดเย็นใด ๆ และการแยกส่วนการรักษาจะทำให้ผลต่างๆ “จุดเย็นจะรุนแรงมากขึ้นในกรณีที่มีการกำหนดปริมาณรังสีสูงต่อเศษส่วนและเศษส่วนจำนวนน้อยหรือการรักษาที่หายากโดยใช้การฉายรังสีแบบสนามเดียว” เธอกล่าวเสริม
