Cherenkov 成像是一種有價(jià)值的癌癥治療工具，可以幫助醫(yī)生實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)測(cè)癌癥治療期間組織接受的輻射劑量。這種成像技術(shù)通過(guò)檢測(cè)切倫科夫輻射來(lái)工作，切倫科夫輻射是由暴露于高能輻射(例如來(lái)自線(xiàn)性加速器的 X 射線(xiàn)或電子束)的組織發(fā)出的。當(dāng)來(lái)自入射輻射的高能帶電粒子通過(guò)生物組織時(shí)，無(wú)論是作為一次輻射還是二次輻射，它們都會(huì)與組織中原子和分子的電磁場(chǎng)相互作用。這些軟碰撞類(lèi)型的相互作用會(huì)導(dǎo)致分子發(fā)生電磁位移，從而在返回原始狀態(tài)時(shí)釋放切倫科夫輻射，這可以被檢測(cè)到并與輻射沉積劑量相關(guān)聯(lián)。
在沒(méi)有切倫科夫被組織吸收或散射的理想情況下，發(fā)射的光與入射輻射劑量成正比，從而可以準(zhǔn)確檢測(cè)從發(fā)射的切倫科夫信號(hào)傳遞到組織的輻射劑量。然而在現(xiàn)實(shí)中，組織衰減降低了發(fā)射的切倫科夫輻射的強(qiáng)度，改變了沉積劑量與觀察到的切倫科夫輻射之間的線(xiàn)性關(guān)系。這意味著來(lái)自人體組織的切倫科夫輻射信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確解釋為與劑量成正比。
Brian W. Pogue 教授目前領(lǐng)導(dǎo)達(dá)特茅斯大學(xué)和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的團(tuán)隊(duì)，旨在使切倫科夫成像成為輻射劑量的可靠指標(biāo)。他說(shuō)，“先前關(guān)于該主題的研究表明，組織吸收和散射可能導(dǎo)致成像患者之間檢測(cè)到的 Cherenkov 發(fā)射的變化高達(dá) 45%。此外，人與人之間膚色的差異可能會(huì)改變信號(hào)水平高達(dá)90%，血液或散射成分的變化可導(dǎo)致高達(dá) 20% 的信號(hào)變化。這強(qiáng)調(diào)需要通過(guò)基礎(chǔ)研究了解生物組織中的 Cherenkov 信號(hào)衰減，看看我們是否可以用多光譜或彩色成像來(lái)解釋這一點(diǎn)。”
在發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志》(JBO) 上的一項(xiàng)研究中，研究人員研究了切倫科夫發(fā)射的強(qiáng)度如何隨著生物組織吸收特征的變化而變化，例如組織內(nèi)的血液濃度和皮膚中的黑色素濃度。為此，他們準(zhǔn)備了具有不同黑色素層和血容量水平的組織和血液模型。然后，他們將這些模型暴露在高能 X 射線(xiàn)下，并分析由此產(chǎn)生的切倫科夫輻射，使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的相機(jī)檢測(cè)紅色、綠色和藍(lán)色 (RGB) 波段的信號(hào)，這在彩色攝影中很常見(jiàn)。關(guān)鍵區(qū)別在于，這臺(tái)相機(jī)是時(shí)間選通的，僅在快速的微秒輻射脈沖期間進(jìn)行成像。
研究人員使用 Cherenkov 彩色成像來(lái)確定他們是否可以使用來(lái)自光譜的信息來(lái)校正由某些生物因素(例如血液和黑色素水平)引起的衰減效應(yīng)。他們選擇了覆蓋人類(lèi)膚色范圍的黑色素濃度，并觀察到黑色素和血液水平的增加導(dǎo)致切倫科夫發(fā)射強(qiáng)度的降低。他們指出，極高的黑色素水平會(huì)導(dǎo)致切倫科夫發(fā)射顯著減少，這使得對(duì)膚色最深的人進(jìn)行切倫科夫彩色成像具有挑戰(zhàn)性。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，隨著黑色素水平的增加，所有顏色都表現(xiàn)出類(lèi)似的強(qiáng)度降低。然而，在血液濃度增加的血液模型中，他們觀察到紅色通道的衰減程度低于藍(lán)色和綠色通道，這是由于血紅蛋白吸收了藍(lán)色和綠色。他們得出結(jié)論，由于顏色變化不同，他們可以根據(jù)皮膚顏色或組織中的血容量來(lái)校準(zhǔn)衰減差異。
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