Από τον David Szondy
07 Μαρτίου 2024
Το Timepix3 σχεδιάστηκε αρχικά για την ανίχνευση σωματιδίων για γιγάντιους επιταχυντές όπως αυτός στο CERN,
Μεταβαίνοντας από γιγάντιους επιταχυντές 26 χιλιομέτρων (16 μίλια) σε θέατρα [αίθουσες] χειρουργικής εγκεφάλου, ένας ανιχνευτής σωματιδίων που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από φυσικούς στο CERN χρησιμοποιείται από επιστήμονες στη Γερμανία για τη θεραπεία όγκων εγκεφάλου με μεγαλύτερη ακρίβεια και ασφάλεια.
Η καταστροφή των όγκων κεφαλής και τραχήλου είναι σχετικά απλή. Τους δοσολογείτε με τις σωστές χημικές ουσίες ή τους εκτοξεύετε με αρκετά ισχυρή ακτινοβολία και η δουλειά γίνεται. Το πρόβλημα είναι να καταλάβουμε πώς να σκοτώσουμε τα καρκινικά κύτταρα χωρίς να σκοτώσουμε τον ασθενή.
Ένας αποτελεσματικός τρόπος αντιμετώπισης τέτοιων όγκων είναι η χρήση δεσμών ιόντων. Επιταχύνοντας τα φορτισμένα σωματίδια στα τρία τέταρτα της ταχύτητας του φωτός, μπορούν να διεισδύσουν μέχρι ένα πόδι σε ζωντανό ιστό. Για την προστασία των υγιών κυττάρων, η συμβατική τεχνική είναι να μετακινήσετε τον προβολέα ιόντων σε μια καμπύλη με τον όγκο κεντραρισμένο στην εστίαση. Με αυτόν τον τρόπο, ο όγκος βομβαρδίζεται συνεχώς, ενώ ο υγιής ιστός είναι ελαφρώς εκτεθειμένος.
φωτο--Προετοιμασία ενός ασθενούς για θεραπεία δέσμης ιόντων
CERN
Είναι μια απλή και αποτελεσματική μέθοδος, αλλά απέχει πολύ από το τέλειο, ειδικά όταν ο όγκος βρίσκεται στον εγκέφαλο. Σε μια τέτοια κατάσταση, υπάρχει πραγματικός κίνδυνος έκθεσης γειτονικών υγιών κυττάρων σε δευτερογενή ακτινοβολία που προκαλείται από τη δέσμη ιόντων που χτυπά τους ιστούς, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια μνήμης, βλάβη στο οπτικό νεύρο και άλλα προβλήματα.
Για να ελαχιστοποιηθεί αυτό, οι σαρώσεις αξονικής τομογραφίας ακτίνων Χ (CT) μπορούν να χαρτογραφήσουν με ακρίβεια τη θέση του όγκου για να καθοδηγήσουν τον χειρουργό στη ρύθμιση της θεραπείας. Δυστυχώς, μια σάρωση που λαμβάνεται πριν από την επέμβαση μπορεί να είναι ανακριβής, επειδή ο εγκέφαλος έχει μετατοπιστεί στο κρανίο από τότε.
Για να αντισταθμίσουν αυτό, ερευνητές από το Γερμανικό Εθνικό Κέντρο Καρκινικών Ασθενειών (NCT), το Γερμανικό Κέντρο Έρευνας για τον Καρκίνο (DKFZ) και το Κέντρο Θεραπείας Δέσμης Ιόντων της Χαϊδελβέργης (HIT) στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Χαϊδελβέργης χρησιμοποίησαν μια νέα συσκευή απεικόνισης που κατασκευάστηκε από την τσεχική εταιρεία ADVACAM που ενσωματώνει τον ανιχνευτή εικονοστοιχείων Timepix3 που αναπτύχθηκε στο CERN.
CERN
Είναι μια απλή και αποτελεσματική μέθοδος, αλλά απέχει πολύ από το τέλειο, ειδικά όταν ο όγκος βρίσκεται στον εγκέφαλο. Σε μια τέτοια κατάσταση, υπάρχει πραγματικός κίνδυνος έκθεσης γειτονικών υγιών κυττάρων σε δευτερογενή ακτινοβολία που προκαλείται από τη δέσμη ιόντων που χτυπά τους ιστούς, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια μνήμης, βλάβη στο οπτικό νεύρο και άλλα προβλήματα.
Για να ελαχιστοποιηθεί αυτό, οι σαρώσεις αξονικής τομογραφίας ακτίνων Χ (CT) μπορούν να χαρτογραφήσουν με ακρίβεια τη θέση του όγκου για να καθοδηγήσουν τον χειρουργό στη ρύθμιση της θεραπείας. Δυστυχώς, μια σάρωση που λαμβάνεται πριν από την επέμβαση μπορεί να είναι ανακριβής, επειδή ο εγκέφαλος έχει μετατοπιστεί στο κρανίο από τότε.
Για να αντισταθμίσουν αυτό, ερευνητές από το Γερμανικό Εθνικό Κέντρο Καρκινικών Ασθενειών (NCT), το Γερμανικό Κέντρο Έρευνας για τον Καρκίνο (DKFZ) και το Κέντρο Θεραπείας Δέσμης Ιόντων της Χαϊδελβέργης (HIT) στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Χαϊδελβέργης χρησιμοποίησαν μια νέα συσκευή απεικόνισης που κατασκευάστηκε από την τσεχική εταιρεία ADVACAM που ενσωματώνει τον ανιχνευτή εικονοστοιχείων Timepix3 που αναπτύχθηκε στο CERN.
φωτο--Το τσιπ Timepix3
CERN
Σχεδιασμένο να λειτουργεί τόσο με ανιχνευτές ημιαγωγών όσο και με ανιχνευτές γεμάτους αέριο, το Timepix3 είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα γενικής χρήσης που μπορεί να λάβει αραιά δεδομένα ανίχνευσης και να παρέχει εξόδους με υψηλή ανάλυση σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό επιτρέπει στο ADVACAM να χρησιμοποιεί τη δευτερογενή ακτινοβολία από τη δέσμη ιόντων για να ενημερώνει τους χάρτες ιστών χρησιμοποιώντας την ακτινοβολία ως φάρο παρακολούθησης.
«Οι κάμερές μας μπορούν να καταγράψουν κάθε φορτισμένο σωματίδιο δευτερογενούς ακτινοβολίας που εκπέμπεται από το σώμα του ασθενούς», δήλωσε ο Lukáš Marek από την ADVACAM. «Είναι σαν να βλέπεις μπάλες σκορπισμένες από ένα πλάνο μπιλιάρδου. Εάν οι μπάλες αναπηδήσουν όπως αναμένεται σύμφωνα με την εικόνα CT, μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι στοχεύουμε σωστά. Διαφορετικά, είναι σαφές ότι ο «χάρτης» δεν ισχύει πλέον. Στη συνέχεια, είναι απαραίτητο να επανασχεδιάσουμε τη θεραπεία».
Η ιδέα είναι ότι αυτές οι ενημερώσεις θα στοχεύσουν καλύτερα τον όγκο, μειώνοντας παράλληλα την ποσότητα ανεπιθύμητης ακτινοβολίας στην οποία εκτίθεται ο ασθενής ενώ χτυπά τον όγκο με υψηλότερα επίπεδα ακτινοβολίας.
Προς το παρόν, ο ανιχνευτής απαιτεί διακοπή της θεραπείας για να επιτρέψει τον επανασχεδιασμό. Ωστόσο, οι μεταγενέστερες φάσεις του προγράμματος θα περιλαμβάνουν τη δυνατότητα διόρθωσης της διαδρομής δέσμης σε πραγματικό χρόνο.
«Όταν αρχίσαμε να αναπτύσσουμε ανιχνευτές pixel για τον LHC, είχαμε έναν στόχο στο μυαλό μας – να ανιχνεύσουμε και να απεικονίσουμε κάθε αλληλεπίδραση σωματιδίων και έτσι να βοηθήσουμε τους φυσικούς να ξετυλίξουν τα μυστικά της φύσης σε υψηλές ενέργειες», λέει ο Michael Campbell, εκπρόσωπος της Medipix Collaborations. "Οι ανιχνευτές Timepix αναπτύχθηκαν από τις διεπιστημονικές συνεργασίες Medipix, στόχος των οποίων είναι να μεταφέρουν την ίδια τεχνολογία σε νέους τομείς. Πολλά από αυτά τα πεδία ήταν εντελώς απρόβλεπτα στην αρχή και αυτή η εφαρμογή είναι ένα λαμπρό παράδειγμα αυτού».
Σχεδιασμένο να λειτουργεί τόσο με ανιχνευτές ημιαγωγών όσο και με ανιχνευτές γεμάτους αέριο, το Timepix3 είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα γενικής χρήσης που μπορεί να λάβει αραιά δεδομένα ανίχνευσης και να παρέχει εξόδους με υψηλή ανάλυση σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό επιτρέπει στο ADVACAM να χρησιμοποιεί τη δευτερογενή ακτινοβολία από τη δέσμη ιόντων για να ενημερώνει τους χάρτες ιστών χρησιμοποιώντας την ακτινοβολία ως φάρο παρακολούθησης.
«Οι κάμερές μας μπορούν να καταγράψουν κάθε φορτισμένο σωματίδιο δευτερογενούς ακτινοβολίας που εκπέμπεται από το σώμα του ασθενούς», δήλωσε ο Lukáš Marek από την ADVACAM. «Είναι σαν να βλέπεις μπάλες σκορπισμένες από ένα πλάνο μπιλιάρδου. Εάν οι μπάλες αναπηδήσουν όπως αναμένεται σύμφωνα με την εικόνα CT, μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι στοχεύουμε σωστά. Διαφορετικά, είναι σαφές ότι ο «χάρτης» δεν ισχύει πλέον. Στη συνέχεια, είναι απαραίτητο να επανασχεδιάσουμε τη θεραπεία».
Η ιδέα είναι ότι αυτές οι ενημερώσεις θα στοχεύσουν καλύτερα τον όγκο, μειώνοντας παράλληλα την ποσότητα ανεπιθύμητης ακτινοβολίας στην οποία εκτίθεται ο ασθενής ενώ χτυπά τον όγκο με υψηλότερα επίπεδα ακτινοβολίας.
Προς το παρόν, ο ανιχνευτής απαιτεί διακοπή της θεραπείας για να επιτρέψει τον επανασχεδιασμό. Ωστόσο, οι μεταγενέστερες φάσεις του προγράμματος θα περιλαμβάνουν τη δυνατότητα διόρθωσης της διαδρομής δέσμης σε πραγματικό χρόνο.
«Όταν αρχίσαμε να αναπτύσσουμε ανιχνευτές pixel για τον LHC, είχαμε έναν στόχο στο μυαλό μας – να ανιχνεύσουμε και να απεικονίσουμε κάθε αλληλεπίδραση σωματιδίων και έτσι να βοηθήσουμε τους φυσικούς να ξετυλίξουν τα μυστικά της φύσης σε υψηλές ενέργειες», λέει ο Michael Campbell, εκπρόσωπος της Medipix Collaborations. "Οι ανιχνευτές Timepix αναπτύχθηκαν από τις διεπιστημονικές συνεργασίες Medipix, στόχος των οποίων είναι να μεταφέρουν την ίδια τεχνολογία σε νέους τομείς. Πολλά από αυτά τα πεδία ήταν εντελώς απρόβλεπτα στην αρχή και αυτή η εφαρμογή είναι ένα λαμπρό παράδειγμα αυτού».
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου