يولد Linac المضغوط أشعة سينية ذات معدل جرعات عالية للعلاج الإشعاعي السريري FLASH

يمكن أن يقلل العلاج الإشعاعي FLASH ، الذي يتم تقديمه باستخدام حزم الإشعاع ذات معدل الجرعات العالية (UHDR) ، بشكل كبير من سمية الأنسجة الطبيعية مع الحفاظ على الفعالية المضادة للورم. استخدمت الدراسات قبل السريرية التي توضح تأثير الفلاش هذا في الغالب الإلكترونات والبروتونات ، حيث أنه من السهل نسبيًا توليد حزم UHDR عن طريق تكييف المسرعات الطبية الموجودة. ولكن لترجمة FLASH للاستخدام في المرضى ، يمكن للأشعة السينية عالية الطاقة (الجهد العالي) المستخدمة بشكل شائع في العلاج الإشعاعي السريري التقليدي أن توفر نهجًا أكثر مثالية.

مع وضع هذا في الاعتبار ، ترأس فريق بحثي في جامعة تسينغهوا في الصين تقوم بتطوير منصة FLASH للعلاج الإشعاعي على أساس مسرع خطي RF في درجة حرارة الغرفة (linac) - كما هو مستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الطبية نظرًا لحجمه الصغير وتكلفته المنخفضة. أظهروا أن نظامهم ، الموصوف في الفيزياء الطبية، يمكن أن ينتج أشعة سينية عالية الطاقة بمعدل جرعة يتجاوز 40 Gy / s في إعداد مناسب سريريًا.

يقول الباحث Hao Zha: "تتمثل المزايا المحتملة لاستخدام الأشعة السينية في العلاج الإشعاعي FLASH في انضغاط الجهاز وفعالية تكلفة العلاج العالية". عالم الفيزياء. "كان طول المسرّع 1.65 مترًا فقط ، لذا يمكن تثبيت التجربة في غرفة صغيرة."

المسرع الأمثل

عادةً ما تعتمد أنظمة العلاج الإشعاعي بالأشعة السينية السريرية عالية الطاقة على ليناك RF في درجة حرارة الغرفة الذي يسرع حزم الإلكترون إلى مستوى MeV. تقوم هذه الإلكترونات بعد ذلك بإشعاع هدف يحولها إلى أشعة سينية عالية الطاقة عبر تأثير أشعة الشمس. يعتمد معدل جرعة الأشعة السينية التي يمكن تحقيقها على كل من الطاقة والتيار لشعاع الإلكترون الساقط.

ومع ذلك ، يتطلب العلاج الإشعاعي بالفلاش معدل جرعات أعلى بمقدار 2-3 مرات من الأنظمة التقليدية. في هذه الدراسة ، حقق الفريق ذلك عن طريق زيادة متوسط ​​تيار الحزمة من عشرات الميكرو أمبير إلى عدة ميلي أمبير.

طور Zha وزملاؤه منصة إشعاع الأشعة السينية عالية الطاقة UHDR الخاصة بهم من خلال تحسين خط الموجة الإلكترونية المتجه للخلف على شكل S. لقد صمموا مسرعًا بطول 1.65 مترًا يستخدم مصدر طاقة قائم على كليسترون لتوليد 11 شعاع إلكترون ميغا فولت بتيار نبضي يبلغ 300 مللي أمبير وطول نبضة يبلغ 12.5 ميكرون وقوة شعاع متوسطة تبلغ 29 كيلو وات.

العقبة التالية هي أن مثل هذه الحزم الإلكترونية ذات القدرة العالية تودع كميات هائلة من الحرارة في هدف تحويل الإلكترون إلى الفوتون. للمساعدة في التخفيف من هذا التسخين ، أرسل الفريق حزم الإلكترون عبر أنبوب انجراف بطول 1.8 متر زاد من حجم الحزمة العرضية من 5.1 إلى 10.6 ملم ، وبالتالي قلل من كثافة الطاقة وتسخين النبضات عند الهدف.

يعتمد أداء هدف التحويل ، الذي يشتمل على قرص تنجستن كمنطقة وظيفية محاطة بالنحاس لتمكين تبريد المياه ، على سمك التنغستن والنحاس في خط الشعاع. وهكذا استخدم الباحثون محاكاة مونت كارلو وتحليل العناصر المحدودة الحرارية لتحسين ثخانة المادة.

كشفت نمذجة 1.4-4 مم من التنجستن و 1.5-3 مم من النحاس أن معدل جرعة الأشعة السينية انخفض مع زيادة سماكة أي من المادتين. لزيادة كفاءة تحويل الأشعة السينية إلى أقصى حد مع الحفاظ على التبريد الآمن ، قاموا بإنشاء هدف باستخدام التنجستن 3 مم و 2 مم من النحاس. يمكن أن ينتج عن هذا المزيج أشعة سينية نابضة بمتوسط ​​طاقة 1.66 MeV ومعدل جرعة 40.2 Gy / s على مسافة بين المصدر والسطح (SSD) 70 سم في عمليات المحاكاة.

قياس الجرعات Linac

لتقييم أداء ليناك في درجة حرارة الغرفة ، استخدم الباحثون أفلام EBT3 و EBT-XD المشعة لأداء قياسات الجرعة المطلقة. وضعوا الأفلام على بعد 50 أو 67.9 سم من هدف الأشعة السينية ، على عمق 2.1 سم في شبح مائي. تجاوز الحد الأقصى لمعدلات الجرعة المتوسطة 80 غراي / ثانية عند 50 سم SSD و 45 غراي / ثانية عند 67.9 سم SSD ، مع اتفاق جيد بين نوعي الأفلام.

استخدم الباحثون أيضًا غرفة تأين من نوع PTW Farmer عند 100 سم SSD لقياس الجرعة الإجمالية النسبية لكل لقطة إشعاعية ، وحجرة تأين موازية للطائرة موضوعة تحت الفيلم لقياس الجرعة النسبية لكل نبضة. كان متوسط ​​معدل جرعة الحالة المستقرة (المعايرة مع نتائج الفيلم) 49.2 غراي / ثانية عند 67.9 سم SSD. كانت معدلات جرعات النبض والجرعة 5.62 و 59.0 كيلوجرام / ثانية على التوالي.

استخدم الفريق أيضًا الكاشف الموازي للطائرة لاختبار استقرار النظام. كان الانحراف المعياري لـ 20 طلقة إشعاعية متتالية 1.3٪ من الجرعة الإجمالية. من خلال تغيير استراتيجية التحكم في التشعيع ، قام الباحثون بتحسين ثبات جرعة اللقطة إلى 0.3٪. كان للاستقرار اليومي انحراف معياري أضعف بنسبة 3.9٪ أكثر من 70 طلقة إشعاعية (10 في اليوم لمدة سبعة أيام) - تُعزى إلى التغيرات في درجات الحرارة اليومية.

لاحظ الباحثون أن نظام ليناك يمكن أن ينتج كلاً من الإشعاع UHDR والتقليدي دون أي تغييرات في إعداد النظام الأساسي. يمكن تعديل متوسط ​​معدل الجرعة عن طريق تغيير معدل تكرار النبض (من 1 إلى 700 هرتز) وطول النبض (من 6.3 إلى 12.5 ميكرو ثانية). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعديل متوسط ​​معدل الجرعة ومعدل جرعة النبض عن طريق تغيير SSD للمنصة.

أجهزة فيزياء عالية الطاقة تتكيف مع قياس جرعات الإلكترون

يقترحون أنه في عمليات التنفيذ المستقبلية ، يمكن استبدال هدف التحويل الثابت بتصميم دوار. سيساعد هذا في تقليل العبء على نظام التبريد وإزالة الحاجة إلى أنبوب انجراف تمدد الحزمة ، مما يزيد من انضغاط النظام وبساطته.

وخلص الباحثون إلى أن "النتائج مشجعة للعمل المستقبلي لإدخال العلاج الإشعاعي بالأشعة السينية FLASH استنادًا إلى خطوط درجة حرارة الغرفة في التطبيقات السريرية". "نظرًا لأنه يتمتع بمزايا التكلفة المعقولة وبساطة النظام والاكتناز المناسب لمعظم غرف العلاج بالمستشفيات ، يُقترح أن يكون نظام ليناك في درجة حرارة الغرفة حلاً تنافسيًا للعلاج الإشعاعي FLASH مع جاذبية كبيرة."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/compact-linac-generates-ultrahigh-dose-rate-x-rays-for-clinical-flash-radiotherapy/