Phase-change ultrasound contrast agents for proton range verification: towards an in vivo application
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Objective. In proton therapy, range uncertainties prevent optimal benefit from the superior depth-dose characteristics of proton beams over conventional photon-based radiotherapy. To reduce these uncertainties we recently proposed the use of phase-change ultrasound contrast agents as an affordable and effective range verification tool. In particular, superheated nanodroplets can convert into echogenic microbubbles upon proton irradiation, whereby the resulting ultrasound contrast relates to the proton range with high reproducibility. Here, we provide a first in vivo proof-of-concept of this technology. Approach. First, the in vitro biocompatibility of radiation-sensitive poly(vinyl alcohol) perfluorobutane nanodroplets was investigated using several colorimetric assays. Then, in vivo ultrasound contrast was characterized using acoustic droplet vaporization (ADV) and later using proton beam irradiations at varying energies (49.7 MeV and 62 MeV) in healthy Sprague Dawley rats. A preliminary evaluation of the in vivo biocompatibility was performed using ADV and a combination of physiology monitoring and histology. Main results. Nanodroplets were non-toxic over a wide concentration range (<1 mM). In healthy rats, intravenously injected nanodroplets primarily accumulated in the organs of the reticuloendothelial system, where the lifetime of the generated ultrasound contrast (<30 min) was compatible with a typical radiotherapy fraction (<5 min). Spontaneous droplet vaporization did not result in significant background signals. Online ultrasound imaging of the liver of droplet-injected rats demonstrated an energy-dependent proton response, which can be tuned by varying the nanodroplet concentration. However, caution is warranted when deciding on the exact nanodroplet dose regimen as a mild physiological response (drop in cardiac rate, granuloma formation) was observed after ADV. Significance. These findings underline the potential of phase-change ultrasound contrast agents for in vivo proton range verification and provide the next step towards eventual clinical applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».