Pojdite v katero koli sodobno bolnišnico in našli boste oddelek za medicinsko slikanje. Medicinsko slikanje uporablja rentgenske žarke, slikanje z magnetno resonanco (MRI) in druge skrivnostne metode, kot je pozitronska emisijska tomografija (PET), za slikanje notranjosti telesa za analizo in diagnozo. Nespecialistu lahko te tehnike zvenijo skoraj drugače. Toda na tak ali drugačen način se te tehnologije zanašajo na naravne pojave, vključno s sevanjem, da opravijo svoje.
Zdaj nova študija kaže, da bi se lahko naravno prisotno sevanje vesolja uporabilo v medicinskem slikanju in bi lahko bilo še posebej koristno, ko gre za COVID-19. Zadevna vrsta sevanja so kozmični žarki.
Izraz ' kozmični žarki « je eden od zgodovinskih napačnih poimenovanj znanosti. Kozmični žarki pravzaprav niso žarki, temveč visokoenergetski delci, običajno protoni. Lahko izvirajo iz Sonca, od nekje drugje v Rimski cesti ali še dlje, iz neke oddaljene lokacije v vesolju.
Ko ti visokoenergetski delci pridejo do nas, trčijo in sodelujejo z zemeljsko atmosfero, pri čemer nastanejo mioni . Mion je podoben elektronu, vendar z veliko večjo maso. Muoni ne zdržijo dolgo in propadanje po nekaj mikrosekundah. Ampak potujejo a t relativistične hitrosti in premagajo veliko razdaljo, preden razpadejo. So tako energični, da mnogi od njih dosežejo zemeljsko površino. Po mnenju avtorjev članka bi mione, ki dosežejo Zemljo, lahko uporabili v medicinski tehniki slikanja, imenovani radiografija .
Raziskovalci pravijo, da bi mione lahko uporabili '...za spremljanje večjih vidikov človeške anatomije.' Ker je prha mionov neprekinjena, bi lahko to tehniko uporabili za spremljanje sprememb skozi čas, če je potrebno, do ene ure. Avtorji poudarjajo, kako koristno bi to lahko bilo v današnjem času. »To bi lahko zagotovilo urne odčitke parametrov, kot je gostota pljuč, z zadostno občutljivostjo za odkrivanje časovnih sprememb pri vnetju pljuč pri npr. Bolniki s covidom,« pišejo.
Eden od učinkov COVID-19 se nanaša na gostoto pljučnega tkiva. Ko se imunski sistem poskuša boriti proti okužbi, se gostota okuženega pljučnega tkiva poveča. To povečanje je povezano z resnostjo in večje kot je povečanje gostote pljučnega tkiva, večja je verjetnost, da bo bolnik zahteva intenzivno nego ali celo respiratorje . Možnost spremljanja spremembe gostote bi lahko pomenila velik zagon pri zdravljenju COVID-19.
Raziskovalci so uporabili tako imenovano ' človeški fantom « v medicinskem slikanju. Človeški fantom je nekaj, kar v raziskavah nadomesti človeško telo. Raziskovalcem pomaga ugotoviti, ali njihove metode delujejo pravilno. Pri tem delu so namestili mionske sledilce tako nad kot pod fantomom. Sistem meri trajektorije vhodnih in odhajajočih mionov, potem ko preidejo skozi fantom. Nato izmerijo kotno porazdelitev odhajajočih mionov, kar jim omogoča merjenje gostote tkiva, skozi katerega so šli.
Ta slika prikazuje Mini Muon Tracker (MMT), uporabljen v tej raziskavi. Fantomi so bili nameščeni v prostor med zgornjim in spodnjim detektorjem mionov, MMT pa je meril trajektorije mionov. Zasluge za sliko: Morris, Perry in Merrill, 2021.
Detektorji nad in pod fantomom so ekipi omogočili delo s tremi različnimi vrstami radiografije za merjenje mionskih sledi. So prenos, zaustavitev in večkratno razprševanje.
Transmisijska radiografija meri mione, ko se prenašajo skozi predmet.
Ta slika iz študije prikazuje rezultate transmisijske radiografije njihovega mionskega dela. Zasluge slike: Morris et al 2021.
Zaustavitev radiografije meri in projicira sledi mionov, ko vstopijo v fantom, ne pa ko odidejo.
Ta slika iz študije prikazuje zaustavitvene rezultate radiografije njihovega mionskega dela. Zasluge slike: Morris et al 2021.
Večkratno sipanje meri razliko v kotu med vhodnimi in odhajajočimi mioni.
Ta slika iz študije prikazuje rezultate radiografije večkratnega sipanja njihovega mionskega dela. Zasluge slike: Morris et al 2021.
Vsaka od zgornjih slik je uporabila čas osvetlitve 24 ur, detektorji, ki so jih uporabili, pa niso najbolj občutljivi. Toda to je predhodno delo in ekipa pravi, da bi lahko uporabili veliko bolj občutljive detektorje, ki bi skrajšali zahtevani čas osvetlitve in dvignili kakovost slike. To je tisto, kar ustvarja možnost za skoraj neprekinjeno spremljanje pacienta z uporabo samo mionskega sevanja v ozadju.
»Detektorji z manjšo maso z večjo učinkovitostjo, kot so žične komore, bi lahko zagotovili višjo kakovost slike v bistveno krajših časih osvetlitve z veliko boljšim signalom in šumom. Spremembe pri bolnikih, ki ne vozijo, so lahko možne
neprekinjeno spremljano samo z uporabo sevanja iz ozadja,« pišejo v zaključku.
Naslov prispevka, ki opisuje ta potencial, je » Radiografija človeškega fantoma kozmičnih žarkov .” Avtorji so iz Nacionalnega laboratorija Los Alamos in so uporabili Mini Muon Tracker te ustanove za preučevanje človeškega fantoma. Članek je na voljo na spletnem mestu za pripravo na tisk arxiv.org in še ni bil recenziran.
