منصة الأشعة السينية ذات معدل الجرعة العالية جدًا تصطف لأبحاث FLASH الإشعاعية - عالم الفيزياء

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg" data-caption="تجارب خط الشعاع الأولى المؤلف الأول نولان إسبلين في محطة أبحاث إشعاع الفلاش في TRIUMF. (بإذن من: لوكا إيجوريتي)” title=”انقر لفتح الصورة في النافذة المنبثقة” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- Lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

قام باحثون في كندا بوصف منصة تشعيع بالأشعة السينية للدراسات البيولوجية الإشعاعية للعلاج الإشعاعي FLASH - وهي تقنية ناشئة لعلاج السرطان تستخدم إشعاع معدل الجرعة العالية جدًا (UHDR). يمكن للمنصة، التي يطلق عليها اسم محطة أبحاث FLASH Irradiation Research Station في TRIUMF، أو "FIRST"، تقديم حزم من الأشعة السينية بقوة 10 ميجا فولت بمعدلات جرعة تتجاوز 100 جراي / ثانية.

يقع عند خط شعاع ARIEL عند انتصاريعد FIRST، وهو مركز تسريع الجسيمات في كندا، حاليًا منصة التشعيع الوحيدة من نوعها في أمريكا الشمالية. على الصعيد العالمي، هناك خطان تجريبيان لشعاع الأشعة السينية فائق الجهد UHDR: أحدهما في TRIUMF في فانكوفر والآخر في تشنغدو، في الأكاديمية الصينية للفيزياء الهندسية ليزر تيراهيرتز الإلكتروني الحر.

يقول الباحثون إن الأشعة السينية ذات الجهد الكبير تتطلب مواصفات مسرع متواضعة عند مقارنتها بالطرائق الأخرى المستخدمة لعلاج الأورام العميقة الجذور، ويمكن لـ FIRST تقديم كل من الأشعة فائقة الدقة (UHDR) والأشعة التقليدية ذات الجهد الكبير على خط شعاع مشترك.

"هناك فجوة في توافر مصادر الأشعة السينية ذات معدل الجرعات العالية للغاية؛ "إنها حاجة غير ملباة نوعًا ما في هذا المجال، ولا توجد منصة تجارية متاحة لتقديم هذا النوع من الإشعاع بشكل روتيني". نولان إسبلين، باحث ما بعد الدكتوراه في مركز إم دي أندرسون للسرطان. "كان هذا المشروع التعاوني متعدد السنوات [مع TRIUMF] ... بمثابة فرصة للاستفادة من هذا المختبر الفريد من نوعه مع إمكانية الوصول إلى خط إلكتروني فائق التوصيل عالي الطاقة لإنتاج نوع الإشعاع الذي نرغب في البحث عنه في أبحاث البيولوجيا الإشعاعية FLASH."

أجرى إسبلين تجارب التوصيف الأولى عندما كان طالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا جامعة فيكتوريا العمل في مختبر اكسايت. أحدث دراسة أجراها فريق البحث، والتي نشرت في تقارير علمية الطبيعة، يقدم توصيفًا شاملاً للتجارب ما قبل السريرية الأولى والتجارب الأولية. تم نشر أعمال المحاكاة في عام 2022 في الفيزياء في الطب وعلم الأحياء.

يقول مدير مختبر XCITE: "لقد شاركنا في عمليات التشعيع بمعدل جرعات عالية جدًا لبعض الوقت الآن". ماجدالينا بازالوفا كارتر. "لقد بدأنا التحدث مع الأشخاص في TRUMF حول خط شعاع ARIEL، وكيف إذا بنينا هدفًا لخط الشعاع هذا، ما نوع معدلات جرعة الأشعة السينية التي سنحصل عليها. هكذا بدأ كل شيء."

الأوائل في المقام الأول

استكشف الباحثون مجموعة فرعية من معلمات الحزمة المتاحة وذات الصلة سريريًا لتوصيف FIRST تحت UHDR وتشغيل معدل الجرعة التقليدي. قاموا بتثبيت طاقة شعاع الإلكترون عند 10 ميجا فولت لتعظيم معدلات الجرعة وطول العمر المستهدف، وضبطوا تيار الشعاع (ذروة التيار) بين 95 و105 ميكرو أمبير. تم حساب معدلات الجرعة باستخدام قياس جرعات الفيلم.

تم تحقيق معدلات جرعات أعلى من 40 غراي/ثانية على عمق يصل إلى 4.1 سم لحجم حقل يبلغ 1 سم. بالمقارنة مع شعاع سريري بقوة 10 ميجا فولت، قدم FIRST تراكم جرعة سطحية مخفضة. بالنسبة إلى مصادر الإلكترون منخفضة الطاقة، قدم FIRST انخفاضًا تدريجيًا في الجرعة يتجاوز d_ماكس (عمق الجرعة القصوى). ويشير الفريق إلى أن وجود تدرجات سطحية حادة للعمق والجرعة أدى إلى مشاكل في عدم تجانس الجرعة، والتي تقيد حاليًا التطبيقات على العمل قبل السريري. أدت قيود استقرار المصدر إلى اختلافات في التيار والجرعة.

بناءً على دراسات التوصيف، استخدم الباحثون بعد ذلك تقنية FIRST لتوصيل UHDR (أعلى من 80 غراي/ثانية) وتشعيع الأشعة السينية التقليدية بمعدل جرعة منخفضة إلى رئتي الفئران السليمة. لقد نجحوا في توصيل جرعات تتراوح بين 15 و30 غراي في حدود 10% من الوصفة الطبية وعلى عمق 1 سم. لم يتم تصحيح تأثيرات عدم تجانس أنسجة الرئة (أشارت دراسة تصميم المجموعة إلى اضطرابات لا تذكر في طاقات شعاع الجهد الكبير). سيطر ناتج مصدر الإلكترون وتباين قياس جرعات الفيلم على حالات عدم اليقين في قياسات جرعة ما قبل المعالجة.

الدروس المستفادة

كان الفضاء المادي الذي يقع فيه FIRST مخصصًا في الأصل - ولا يزال بمثابة - مستودع للأشعة (حيث يمكن امتصاص حزمة من الجسيمات المشحونة بأمان). وقد أدى ذلك إلى ظهور بعض تحديات التصميم الفريدة لشركة FIRST.

"لم يكن هناك أي أساس لفعل ما كنا نفعله، وكانت أيضًا فرصة تطوير لـ TRUMF. يقول إسبلين: "لقد تعلم الكثير من الأشخاص عن النظام، فضلاً عن الفروق الدقيقة في هذا النوع من التسليم والأشياء التي قمنا بها بشكل جيد، وما يمكننا القيام به بشكل أفضل في المستقبل". "نظرًا لأن هذه المنشأة قيد التطوير، فقد كنا أول فرصة علمية - إنها بيئة ديناميكية للغاية. لدينا بعض المتعاونين وفيزيائيي الأشعة الموهوبين للغاية الذين عملوا على ضبط جميع المعلمات البصرية لخطوط الشعاع حتى نتمكن من تقديم شعاع مشتت إلى الحد الأدنى بالحجم الصحيح للهدف.

في وقت تجارب الباحثين، كان من الممكن تشعيع زوج وهمي واحد فقط أو فأر واحد كل 45 دقيقة بعد حساب إعداد المنصة وتسليمه وإيقاف تشغيله. وبعد كل تعديل تم إجراؤه على خط الشعاع والحزمة نفسها، كان على الباحثين إعادة ضبط الشعاع للتأكد من إنتاجه وقياس الجرعات.

هل يمكن لأنابيب الأشعة السينية التقليدية تقديم معدلات جرعة فلاش؟

"إنها قصة مختلفة عن الفيزياء الطبية السريرية. تقول بازالوفا-كارتر: "عندما تُجري تجارب على ليناك في المستشفى، يمكن لشخص واحد التعامل مع التجربة بأكملها... وهذا وضع مختلف تمامًا". "كان على خمسة أشخاص تشغيل خط الشعاع [لهذه التجارب] لمراقبة جميع الشاشات - وبينما لم يتم استخدامهم جميعًا في تجاربنا، أعتقد أنني أحصيت 113 شاشة في غرفة التحكم... كان من المثير للاهتمام أننا يمكن أن نحصل على اتفاق جرعة مناسب جدًا بين عمليات محاكاة وتجارب مونت كارلو، نظرًا لمدى صعوبة هذه التجارب.

وعلى الرغم من هذه العقبات، فإن مزايا منصة FIRST تشمل التحكم في معلمات المصدر الرئيسية، بما في ذلك تردد تكرار النبضة، وذروة التيار، وطاقة الشعاع، ومتوسط ​​الطاقة.

تقول بازالوفا-كارتر: "لقد كنا أول مستخدمين لخط شعاع ARIEL". "لقد كان أمرًا مُرضيًا للغاية، بعد سنوات عديدة من العمل في هذا المشروع، أن نكون قادرين بالفعل على إجراء تجارب تشعيع الفئران."

ومن المقرر إجراء دراسة متابعة إشعاعية بيولوجية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/