L’imagerie Cherenkov est un outil précieux de traitement du cancer qui peut aider les médecins à suivre et à surveiller en temps réel les doses de rayonnement reçues par les tissus pendant le traitement du cancer. Cette technique d’imagerie fonctionne en détectant le rayonnement Cherenkov, qui est émis par les tissus exposés à un rayonnement de haute énergie, comme les rayons X ou les faisceaux d’électrons d’un accélérateur linéaire. Lorsque les particules chargées à haute énergie du rayonnement incident traversent les tissus biologiques, sous forme de rayonnement primaire ou secondaire, elles interagissent avec les champs électromagnétiques des atomes et des molécules du tissu. Ces interactions de type collision douce entraînent des déplacements électromagnétiques dans les molécules qui libèrent le rayonnement Cherenkov lors du retour à leur état d’origine, qui peuvent être détectés et corrélés à la quantité de dose déposée par le rayonnement.
Dans un scénario idéal où aucun Cherenkov n’est absorbé ou diffusé par le tissu, la lumière émise est directement proportionnelle à la dose de rayonnement incidente, permettant une détection précise de la dose de rayonnement délivrée au tissu à partir du signal Cherenkov émis. Cependant, en réalité, l’atténuation des tissus réduit l’intensité du rayonnement Cherenkov émis, modifiant la relation par ailleurs linéaire entre la dose déposée et l’émission Cherenkov observée. Cela signifie que le signal de rayonnement Cherenkov du tissu humain n’est pas interprétable avec précision comme proportionnel à la dose.
Le professeur Brian W. Pogue dirige actuellement des équipes à Dartmouth et à l’Université du Wisconsin-Madison qui visent à faire de l’imagerie Cherenkov un indicateur fiable des doses de rayonnement. Il dit: « Des recherches antérieures sur le sujet indiquent que l’absorption et la diffusion des tissus pourraient contribuer jusqu’à 45% de variation de l’émission Cherenkov détectée entre les patients imagés. De plus, la variation de la couleur de la peau d’une personne à l’autre pourrait modifier le niveau du signal jusqu’à 90 % et des modifications du sang ou du contenu de diffusion peuvent entraîner une variation de signal allant jusqu’à 20 %. Cela souligne la nécessité de comprendre l’atténuation du signal Cherenkov dans les tissus biologiques par le biais d’études de base pour voir si nous pouvons en tenir compte avec l’imagerie multispectrale ou couleur. «
Dans une étude publiée dans Journal d’optique biomédicale (JBO), les chercheurs ont examiné comment l’intensité de l’émission Cherenkov change avec les variations des caractéristiques d’absorption des tissus biologiques telles que la concentration sanguine dans les tissus et la concentration de mélanine dans la peau. Pour ce faire, ils ont préparé des fantômes de tissus et de sang avec des couches de mélanine et des niveaux de volume sanguin variables. Ils ont ensuite exposé ces fantômes à des rayons X à haute énergie et analysé le rayonnement Cherenkov résultant émis, à l’aide d’une caméra spécialement conçue qui a détecté le signal dans les bandes de longueur d’onde rouge, verte et bleue (RVB), comme cela se fait couramment en photographie couleur. La principale différence est que cette caméra est temporisée pour imager juste pendant les impulsions de rayonnement rapides de la microseconde.
Les chercheurs ont utilisé l’imagerie Cherenkov couleur pour déterminer s’ils pouvaient utiliser les informations du spectre pour corriger les effets d’atténuation causés par certains facteurs biologiques tels que les taux sanguins et de mélanine. Ils ont sélectionné des concentrations de mélanine qui couvraient la gamme des couleurs de peau humaine et ont observé que l’augmentation des niveaux de mélanine et de sang entraînait une diminution de l’intensité des émissions de Cherenkov. Ils ont noté que des niveaux de mélanine extrêmement élevés peuvent entraîner une réduction significative de l’émission Cherenkov, ce qui rend difficile l’imagerie couleur Cherenkov chez les personnes ayant les tons de peau les plus foncés.
L’équipe a découvert que toutes les couleurs présentaient une réduction d’intensité similaire avec l’augmentation des niveaux de mélanine. Cependant, chez les fantômes sanguins à concentration sanguine croissante, ils ont observé le canal rouge atténué dans une moindre mesure que les canaux bleu et vert, en raison de l’absorption des couleurs bleue et verte par l’hémoglobine. Ils ont conclu que parce que les changements de couleur sont différents, ils pouvaient se calibrer pour les différences d’atténuation en fonction de la couleur de la peau ou du volume sanguin dans les tissus.
Ces résultats sont significatifs car ils démontrent que des facteurs biologiques distincts modifient de manière unique les spectres RVB des émissions Cherenkov. Cette découverte ouvre la possibilité de corriger le signal Cherenkov atténué en fonction du volume sanguin ou de la couleur de la peau d’un patient. La poursuite du développement de ce travail pour examiner les signatures multispectrales est en cours, tout comme les travaux sur l’imagerie avec à la fois la caméra couleur régulière et la caméra couleur Cherenkov.
Professeur Brian W. Pogue
Cette étude démontre que l’imagerie couleur Cherenkov, malgré ses inconvénients, a le potentiel de rendre la radiothérapie plus sûre et plus efficace avec des ajustements appropriés au signal acquis.
