ภาพสี Cherenkov มีศักยภาพในการทำให้การรักษาด้วยรังสีปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

การถ่ายภาพ Cherenkov เป็นเครื่องมือรักษามะเร็งที่ทรงคุณค่า เกมบาคาร่า ซึ่งสามารถช่วยให้แพทย์ติดตามและตรวจสอบปริมาณรังสีที่ได้รับจากเนื้อเยื่อในระหว่างการรักษามะเร็งได้แบบเรียลไทม์ เทคนิคการถ่ายภาพนี้ทำงานโดยการตรวจจับรังสี Cherenkov ซึ่งถูกปล่อยออกมาจากเนื้อเยื่อที่สัมผัสกับรังสีพลังงานสูง เช่น รังสีเอกซ์หรือลำแสงอิเล็กตรอนจากเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้น เนื่องจากอนุภาคมีประจุพลังงานสูงจากรังสีที่ตกกระทบผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพ ไม่ว่าจะเป็นรังสีปฐมภูมิหรือรังสีทุติยภูมิ อนุภาคเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของอะตอมและโมเลกุลในเนื้อเยื่อ อันตรกิริยาประเภทการชนกันแบบนุ่มนวลเหล่านี้นำไปสู่การเลื่อนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในโมเลกุลที่ปล่อยรังสี Cherenkov เมื่อกลับสู่สภาพเดิม ซึ่งสามารถตรวจจับได้และสัมพันธ์กับปริมาณรังสีที่สะสมไว้

ในสถานการณ์อุดมคติที่ไม่มี Cherenkov ถูกดูดซับหรือกระจายโดยเนื้อเยื่อ แสงที่ปล่อยออกมาจะแปรผันโดยตรงกับปริมาณรังสีที่ตกกระทบ ทำให้สามารถตรวจจับปริมาณรังสีที่ส่งไปยังเนื้อเยื่อได้อย่างแม่นยำจากสัญญาณ Cherenkov ที่ปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง การลดทอนของเนื้อเยื่อจะลดความเข้มของรังสี Cherenkov ที่ปล่อยออกมา ทำให้ความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างปริมาณรังสีที่ฝากไว้กับการแผ่รังสี Cherenkov ที่สังเกตได้เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งหมายความว่าสัญญาณรังสี Cherenkov จากเนื้อเยื่อของมนุษย์ไม่สามารถตีความได้อย่างถูกต้องตามสัดส่วนของปริมาณรังสี

ปัจจุบันศาสตราจารย์ Brian W. Pogue เป็นผู้นำทีมที่ Dartmouth และ University of Wisconsin–Madison ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อให้การถ่ายภาพ Cherenkov เป็นตัวบ่งชี้ปริมาณรังสีที่เชื่อถือได้ เขากล่าวว่า "การวิจัยก่อนหน้านี้เกี่ยวกับเรื่องนี้บ่งชี้ว่าการดูดซึมของเนื้อเยื่อและการกระเจิงของเนื้อเยื่ออาจส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงได้ถึง 45 เปอร์เซ็นต์ในการเปล่งรังสี Cherenkov ที่ตรวจพบระหว่างผู้ป่วยที่ถ่ายภาพ นอกจากนั้น การเปลี่ยนแปลงของสีผิวจากคนสู่คนอาจทำให้ระดับสัญญาณเปลี่ยนไปได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ และการเปลี่ยนแปลงของเลือดหรือเนื้อหาที่กระจัดกระจายสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณได้ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ สิ่งนี้เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการทำความเข้าใจการลดทอนสัญญาณของ Cherenkov ในเนื้อเยื่อชีวภาพผ่านการศึกษาขั้นพื้นฐานเพื่อดูว่าเราสามารถอธิบายสิ่งนี้ด้วยการถ่ายภาพหลายสเปกตรัมหรือสีได้หรือไม่"

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในJournal of Biomedical Optics (JBO) นักวิจัยได้ตรวจสอบว่าความเข้มของการปล่อยสาร Cherenkov เปลี่ยนแปลงไปตามลักษณะการดูดซึมของเนื้อเยื่อทางชีวภาพเช่นความเข้มข้นของเลือดภายในเนื้อเยื่อและความเข้มข้นของเมลานินในผิวหนังอย่างไร ในการทำเช่นนี้ พวกเขาได้เตรียมเนื้อเยื่อและภูตผีปีศาจที่มีชั้นเมลานินและระดับปริมาณเลือดที่แตกต่างกัน จากนั้นพวกเขานำภูตผีเหล่านี้ไปสัมผัสกับรังสีเอกซ์พลังงานสูงและวิเคราะห์ผลลัพธ์ของรังสี Cherenkov ที่ปล่อยออกมา โดยใช้กล้องที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งตรวจจับสัญญาณในแถบความยาวคลื่นสีแดง เขียว และน้ำเงิน (RGB) ตามปกติในการถ่ายภาพสี ความแตกต่างที่สำคัญคือกล้องนี้ถูกจำกัดเวลาให้กับภาพในช่วงการแผ่รังสีที่รวดเร็วระดับไมโครวินาที

นักวิจัยใช้การถ่ายภาพด้วยสี Cherenkov เพื่อพิจารณาว่าสามารถใช้ข้อมูลจากสเปกตรัมเพื่อแก้ไขผลการลดทอนที่เกิดจากปัจจัยทางชีวภาพบางอย่าง เช่น ระดับเลือดและเมลานินได้หรือไม่ พวกเขาเลือกความเข้มข้นของเมลานินที่ครอบคลุมช่วงสีผิวของมนุษย์ และสังเกตว่าระดับเมลานินและเลือดที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความเข้มของการปล่อยสาร Cherenkov ลดลง พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าระดับเมลานินที่สูงมากอาจทำให้การปล่อย Cherenkov ลดลงอย่างมาก ทำให้การถ่ายภาพสี Cherenkov ในบุคคลที่มีโทนสีผิวเข้มที่สุดเป็นเรื่องท้าทาย

ทีมงานพบว่าสีทั้งหมดมีความเข้มลดลงเช่นเดียวกันกับระดับเมลานินที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ในภูตผีเลือดที่มีความเข้มข้นของเลือดเพิ่มขึ้น พวกเขาสังเกตว่าช่องสีแดงลดทอนลงในระดับที่น้อยกว่าช่องสีน้ำเงินและสีเขียว เนื่องจากการดูดซึมสีน้ำเงินและสีเขียวโดยเฮโมโกลบิน พวกเขาสรุปได้ว่าเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสีแตกต่างกัน พวกเขาสามารถปรับเทียบความแตกต่างของการลดทอนตามสีผิวหรือปริมาณเลือดในเนื้อเยื่อ

ผลลัพธ์เหล่านี้มีความสำคัญเนื่องจากแสดงให้เห็นว่าปัจจัยทางชีวภาพที่แตกต่างกันนั้นเปลี่ยนแปลงสเปกตรัม RGB ของการปล่อย Cherenkov โดยไม่ซ้ำกัน การค้นพบนี้เปิดโอกาสให้แก้ไขสัญญาณ Cherenkov ที่ลดทอนตามปริมาณเลือดหรือสีผิวของผู้ป่วย การพัฒนาเพิ่มเติมของงานนี้เพื่อดูลายเซ็นหลายสเปกตรัมกำลังดำเนินอยู่ เช่นเดียวกับงานด้านการถ่ายภาพด้วยกล้องสีธรรมดาและกล้องสีเชเรนคอฟ"

ศาสตราจารย์ Brian W. Pogue

การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าภาพสี Cherenkov แม้จะมีข้อเสีย แต่ก็มีศักยภาพที่จะทำให้การรักษาด้วยรังสีปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการปรับสัญญาณที่ได้มาอย่างเหมาะสม