Et europæisk forskerhold har brugt en prototype diamantbaseret Schottky diode detektor til med succes at idriftsætte en ElektronFlash forskningsaccelerator til både konventionel og præklinisk FLASH-strålebehandling. Den nye detektor viste sig at være et nyttigt værktøj til hurtig og reproducerbar strålekarakterisering, velegnet til forhold med ultrahøj dosis (UH-DR) og ultrahøj dosis pr. puls (UH-DPP). Dette er en milepælspræstation for dets udviklingsteam, der ledes af Universitetet i Rom Tor Vergata, da der i øjeblikket ikke er tilgængelige kommercielle realtids aktive dosimetre til FLASH-strålebehandling.
FLASH-strålebehandling er en ny kræftbehandlingsteknik, hvor målvæv bestråles med meget højere dosishastigheder end med konventionel strålebehandling, og som følge heraf meget kortere bestrålingstider. Denne ultrahøje dosishastighed forårsager den såkaldte FLASH-effekt: et fald i strålingsinduceret toksicitet til omgivende normale væv, samtidig med at en tilsvarende tumor-dræbende respons opretholdes.
Denne nye teknologi bliver rost globalt som en spændende behandlingsstrategi med potentiale til at ændre fremtiden for klinisk kræftbehandling. Men der er forhindringer at overvinde, hvoraf en af dem har været udviklingen af et nøjagtigt, effektivt dosimetrisystem til at bestemme strålingsdosis i realtid.
Nuværende kommercielle realtidsdosimetre såsom ioniseringskamre og faststofdetektorer er ikke egnede til klinisk brug på grund af rekombinations-, mætning- og ikke-linearitetseffekter observeret i deres respons. Passive dosimetre såsom alanin og GAFchromic film virker, men deres respons genereres muligvis ikke i timer eller endda dage efter en bestrålingsprocedure, hvilket gør dem upraktiske til daglig linac kvalitetssikring.
For at overvinde disse begrænsninger har teamet designet flashDiamond (fD)-detektoren specifikt til UH-DR- og UH-DPP-applikationer og beskrev den i en artikel fra januar 2022 i Medicinsk fysik. Nu, hovedefterforsker Gianluca Verona Rinati og kolleger har udført en systematisk undersøgelse af fD-detektorrespons på pulserende elektronstråler, validering af dens responslinearitet ved DPP'er på op til omkring 26 Gy/puls, øjeblikkelige dosishastigheder på omkring 5 MGy/s og gennemsnitlige dosishastigheder på omkring 1 kGy/s .
Forskerne brugte derefter fD-detektoren til at idriftsætte en ElectronFlash linac kl Sordina Iort Technologies (SIT) i Italien, rapporterer deres resultater i Medicinsk fysik.
Dosimetrisk karakterisering
For at vurdere fD-prototypen udførte holdet først absorberede dosiskalibreringer under tre forskellige bestrålingsforhold: 60Kobestråling under referenceforhold på PTWs sekundære standardlaboratorium (PTW-Freiburg); UH-DPP elektronstråler kl PTB; og ElectronFlash stråler under konventionelle forhold ved SIT.
Opmuntrende nok stemte værdierne opnået fra kalibreringsprocedurer på de tre faciliteter godt overens. Følsomhederne af en fD-prototype opnået under 60Co-bestråling, med UH-DPP elektronstråler og med konventionelle elektronstråler var henholdsvis 0.309±0.005, 0.305±0.002 og 0.306±0.005 nC/Gy. Dette indikerer, at der ikke er nogen forskelle i fD-prototyperesponsen, når der anvendes konventionelle eller UH-DPP elektronstråler, eller mellem 60Co- og elektronstrålebestråling.
Holdet undersøgte derefter fD-responslineariteten i UH-DPP-området. Variation af DPP mellem 1.2 og 11.9 Gy afslørede, at prototypens respons var lineær i det mindste op til den maksimale undersøgte værdi på 11.9 Gy.
Forskerne sammenlignede også fD-detektorresultaterne med resultaterne af kommercielt tilgængelige dosimetre, herunder en microDiamond, et Advanced Markus ioniseringskammer, en siliciumdiodedetektor og EBT-XD GAFchromic-film. De observerede god overensstemmelse mellem procentvise dybdedosiskurver, stråleprofiler og outputfaktorer målt af fD-prototypen og referencedetektorerne for konventionel og (med EBT-XD-film) UH-DPP-bestråling.
Konverteret klinisk linac leverer FLASH-strålebehandling
Endelig brugte holdet fD-detektoren til at idriftsætte ElectronFlash linac, som er i stand til at fungere i både konventionelle og UH-DPP-modaliteter. Linacen er udstyret med flere cylindriske PMMA applikatorer, på mellem 30 og 120 mm i diameter, som bruges til at variere DPP. Idriftsættelsen blev afsluttet ved at erhverve procentvise dybdedosis- og stråleprofiler for 7 og 9 MeV pulserede elektronstråler ved brug af alle de forskellige applikatorer og i både konventionelle og UH-DPP-modaliteter.
Forskerne konkluderer, at fD-prototypen kan vise sig at være et værdifuldt værktøj til idriftsættelse af elektronstrålelinacs til FLASH-strålebehandling. De udfører i øjeblikket Monte Carlo-simuleringer af både ElectronFlash linac-strålerne og fD-detektoren for at give teoretisk støtte til deres dosimetriske værdiansættelser.
