Протонная рентгенограмма точного макета головы человека.
Исследователи из Лос-Аламоса и немецкие коллеги исследовали применение протонных пучков с энергией гигаэлектронвольт (ГэВ или миллиард электрон-вольт) для медицинской визуализации в сочетании с лечением рака протонным излучением.
Использование такого высокоэнергетического пучка протонов идеально подходит для визуализации небольших опухолей у пациентов с целью направленной протонной терапии. Протонная радиография, изобретенная в Лос-Аламосе, использует пучок протонов высокой энергии для изображения свойств и поведения материалов.
Значение исследования
Протонные лучи для лечения рака используют резкое увеличение депонирования энергии, поскольку протон останавливается в ткани, чтобы убить опухоль. Падающий пучок протонов должен иметь относительно низкую энергию (примерно 200 МэВ), чтобы останавливаться в теле человека. Однако пучок протонов низкой энергии подвержен многократному рассеянию, которое расширяет пучок в конце его диапазона, так же как протоны достигают опухоли. Этот эффект ограничивает применимость протонной терапии к относительно большим опухолям. Немецкие исследователи обнаружили, что увеличение энергии протонного пучка до ГэВ уменьшает рассеяние. Пучок протонов ГэВ, называемый "протонный нож," позволяет применять протонную терапию к меньшим опухолям с большей точностью. Облучение опухоли под разными углами позволяет равномерно распределить протоны по всему ее объему.
Очень сложно определить расположение небольших опухолей. В настоящее время результаты рентгеновской компьютерной томографии (компьютерной осевой томографии) собираются за несколько недель или месяцев до сеансов лечения. В "карта" внутренней структуры из компьютерной томографии используется для направления пучка протонов к месту опухоли в организме. Это может быть проблематично, поскольку положение опухоли в организме может измениться между компьютерной томографией и лечением. Для лечения небольших опухолей необходимо точно определить их местонахождение во время сеанса лечения. Протонный луч с энергией 1 ГэВ, который используется для лечения, может отображать опухоль внутри пациента.
Достижения в исследованиях
Исследователи из Лос-Аламоса и их сотрудники исследовали протонную радиографию ГэВ в LANSCE, используя биологические образцы и точный макет человеческой головы, названный Matroshka. Этот макет был разработан и построен для измерения доз облучения людей на Международной космической станции. Плотность и внутренняя структура Матрошки точно соответствуют человеческой голове. Команда провела рентгенографию макета с протонами, чтобы определить способность ГэВ-радиографии определять внутренние особенности. Ученые наблюдали субмиллиметровое разрешение деталей и контраст для структур, расположенных в мягких тканях.