Vesmír vás neustále koupe v radiaci. Je neuvěřitelné, že by to mohlo být použito pro lékařskou diagnostiku
Vejděte do každé moderní nemocnice a najdete lékařské zobrazovací oddělení. Lékařské zobrazování využívá rentgenové záření, magnetickou rezonanci (MRI) a další tajemně znějící metody, jako je pozitronová emisní tomografie (PET), k zobrazení vnitřku těla pro analýzu a diagnostiku. Pro neodborníka mohou tyto techniky znít téměř jinak. Ale tak či onak se tyto technologie spoléhají na přírodní jevy, včetně záření, aby udělaly svou věc.
Nyní nová studie naznačuje, že přirozeně se vyskytující záření vesmíru by mohlo být použito v lékařském zobrazování a mohlo by být zvláště užitečné, pokud jde o COVID-19. Typ záření, o kterém je řeč, je kosmické záření.
Termín ' kosmické paprsky “ je jedním z historických nesprávných pojmenování vědy. Kosmické záření ve skutečnosti nejsou paprsky, ale spíše vysokoenergetické částice, obvykle protony. Mohou pocházet ze Slunce, odjinud v Mléčné dráze nebo ještě dále, z nějakého vzdáleného místa ve vesmíru.
Když se k nám tyto vysokoenergetické částice dostanou, srazí se a interagují se zemskou atmosférou a produkují miony . Mion je podobný elektronu, ale má mnohem větší hmotnost. Miony netrvají dlouho a rozklad po několika mikrosekundách. Ale cestují a t relativistické rychlosti a překonat velkou vzdálenost, než se rozpadnou. Jsou tak energické, že mnoho z nich dosáhne zemského povrchu. Podle autorů článku by miony, které dosáhnou Země, mohly být použity v lékařské zobrazovací technice tzv radiografie .
Výzkumníci říkají, že miony by mohly být použity „...k monitorování velkých aspektů lidské anatomie“. Vzhledem k tomu, že sprcha mionů je nepřetržitá, lze tuto techniku použít ke sledování změn v průběhu času, v případě potřeby až na hodinu. Autoři poukazují na to, jak užitečné by to mohlo být v dnešní době. 'To by mohlo poskytnout hodinové odečty parametrů, jako je hustota plic, s dostatečnou citlivostí pro detekci časových změn zánětu plic např. Pacienti s covidem,“ píší.
Jeden z účinků COVID-19 se týká hustoty plicní tkáně. Jak se imunitní systém snaží s infekcí bojovat, hustota infikované plicní tkáně se zvyšuje. Toto zvýšení je spojeno se závažností a čím větší je zvýšení hustoty plicní tkáně, tím větší je pravděpodobnost pacienta vyžadující intenzivní péči nebo dokonce respirátory . Schopnost sledovat změnu hustoty by mohla být obrovskou podporou v léčbě COVID-19.
Vědci použili to, co se nazývá „ lidský fantom “ v lékařském zobrazování. Lidský fantom je něco, co ve výzkumu zastupuje lidské tělo. Pomáhá výzkumníkům určit, zda jejich metody fungují správně. V této práci nainstalovali mionové sledovače nad i pod fantom. Systém měří trajektorie příchozích a odchozích mionů poté, co projdou fantomem. Poté změří úhlové rozložení odcházejících mionů, což jim umožňuje změřit hustotu tkáně, kterou prošly.
Tento obrázek ukazuje Mini Muon Tracker (MMT) použitý v tomto výzkumu. Do prostoru mezi horní a dolní mionový detektor byly umístěny fantomy a MMT měřila trajektorie mionů. Obrazový kredit: Morris, Perry a Merrill, 2021.
Detektory nad a pod fantomem umožnily týmu pracovat se třemi různými typy radiografie k měření mionových stop. Jsou to přenos, zastavení a vícenásobný rozptyl.
Transmisní radiografie měří miony při jejich přenosu přes objekt.
Tento snímek ze studie ukazuje výsledky transmisní radiografie jejich mionové práce. Obrazový kredit: Morris et al 2021.
Zastavovací radiografie měří a promítá stopy mionů, když vstupují do fantomu, ale ne když odcházejí.
Tento snímek ze studie ukazuje zastavující radiografické výsledky jejich mionové práce. Obrazový kredit: Morris et al 2021.
Vícenásobný rozptyl měří rozdíl v úhlu mezi příchozími a odchozími miony.
Tento snímek ze studie ukazuje výsledky jejich mionové práce s vícenásobným rozptylem radiografie. Obrazový kredit: Morris et al 2021.
Každý z výše uvedených snímků používal expoziční čas 24 hodin a detektory, které použili, nejsou nejcitlivější. Jde ale o předběžné práce a tým říká, že by mohly být použity mnohem citlivější detektory, které by zkrátily potřebnou dobu expozice a zvýšily kvalitu obrazu. To vytváří potenciál pro téměř nepřetržité monitorování pacienta pouze za použití mionového záření na pozadí.
„Detektory s nižší hmotností a vyšší účinností, jako jsou drátěné komory, by mohly poskytovat kvalitnější snímky za podstatně kratší dobu expozice s mnohem lepším signálem k šumu. Změny u nechodících pacientů mohou být
nepřetržitě monitorováno pouze pomocí radiace pozadí,“ píší ve svém závěru.
Název příspěvku nastiňující tento potenciál je „ Kosmická radiografie lidského fantoma .“ Autoři pocházejí z Los Alamos National Laboratory a použili Mini Muon Tracker tohoto zařízení k prozkoumání lidského fantoma. Dokument je k dispozici na předtiskové stránce arxiv.org a dosud nebyl recenzován.