Детектор частиц, впервые разработанный физиками ЦЕРН, перешел от гигантских ускорителей длиной 26 км (16 миль) к хирургическим отделениям головного мозга. Его используют ученые в Германии для лечения опухолей головного мозга с большей точностью и безопасностью.
Уничтожение опухоли головы и шеи относительно просты. Вы дозируете в них нужные химикаты или подвергаете их достаточно мощному излучению, и дело сделано. Проблема в том, как убить раковые клетки, не убивая при этом пациента.
Одним из эффективных способов лечения таких опухолей является использование ионных пучков. Ускоряя заряженные частицы до трех четвертей скорости света, они могут проникать в живую ткань на расстояние фута. Чтобы защитить здоровые клетки, общепринятый метод заключается в перемещении ионного проектора по кривой так, чтобы опухоль находилась в центре фокуса. Таким образом, опухоль постоянно подвергается бомбардировке, в то время как здоровые ткани обнажаются лишь незначительно.
Подготовка пациента к ионному лучу терапияCERN
Это простой и эффективный метод, но он далек от совершенства, особенно когда опухоль находится в мозге. В такой ситуации существует реальная опасность подвергнуть соседние здоровые клетки вторичному облучению, вызванному попаданием ионного луча на ткани, что может привести к потере памяти, повреждению зрительного нерва и другим проблемам.
Чтобы свести это к минимуму, рентгеновская компьютерная томография (КТ) может точно определить расположение опухоли, что поможет хирургу назначить лечение. К сожалению, снимок, сделанный до операции, может быть неточным, поскольку с тех пор мозг в черепе сместился.
Чтобы компенсировать это, исследователи из Немецкого национального центра опухолевых заболеваний (NCT), Немецкого онкологического исследовательского центра (DKFZ) и Гейдельбергского центра ионно-лучевой терапии (HIT) при университетской больнице Гейдельберга использовали новое устройство визуализации, созданное чешской компанией. ADVACAM, включающий детектор пикселей Timepix3, разработанный в CERN.
Чип Timepix3CERN
Timepix3, предназначенный для работы как с полупроводниковыми, так и с газонаполненными детекторами, представляет собой интегральную схему общего назначения, которая может принимать редкие данные обнаружения и обеспечивать выходные данные с высоким разрешением за короткое время. Это позволяет ADVACAM использовать вторичное излучение ионного луча для обновления карт тканей, используя излучение в качестве маяка слежения.
«Наши камеры могут регистрировать каждую заряженную частицу вторичного излучения, испускаемого телом пациента», — сказал Лукаш Марек из ADVACAM. «Это похоже на наблюдение за шарами, разлетающимися при бильярдном ударе. Если шары отскакивают, как и ожидалось, согласно изображению КТ, мы можем быть уверены, что нацеливаемся правильно. В противном случае ясно, что «карта» больше не применима. Тогда необходимо перепланировать лечение».
Идея состоит в том, что эти обновления будут лучше воздействовать на опухоль, одновременно уменьшая количество нежелательной радиации, которой подвергается пациент, при одновременном воздействии на опухоль более высокими уровнями радиации.
В данный момент детектор требует прервать обработку, чтобы можно было перепланировать. Однако на более поздних этапах программы появится возможность корректировать траекторию луча в реальном времени.
«Когда мы начали разработку пиксельных детекторов для БАКа, у нас была одна цель – обнаружить и отобразить каждую частицу. взаимодействия и тем самым помочь физикам разгадать тайны природы при высоких энергиях», — говорит Майкл Кэмпбелл, представитель Medipix Collaborations. «Детекторы Timepix были разработаны междисциплинарной организацией Medipix Collaborations, целью которой является внедрение одной и той же технологии в новые области. Многие из этих областей изначально были совершенно непредвиденными, и это приложение является блестящим примером этого.»
