Für die Elektronen-FLASH-Dosimetrie angepasste Hochenergiephysikgeräte

Die Überwachung und Kontrolle der jedem Patienten zugeführten Strahlung ist in der Strahlentherapie von größter Bedeutung. Dies ist eine aktuelle Herausforderung bei aufkommenden Ultrahochdosisleistungsmodalitäten wie der Elektronen-FLASH (eFLASH)-Strahlentherapie.

Die FLASH-Strahlentherapie liefert Strahlung mit ultrahohen Dosisraten, verkürzt den Behandlungsverlauf und verbessert die Gewebeschonung im Vergleich zur konventionellen Strahlentherapie.

„Eines der Dinge, die wir [mit FLASH] aufklären müssen, ist, was der biologische Mechanismus hinter dem Schonungseffekt ist und wie er davon abhängt, wie wir diese ultrahohen Dosisraten abgeben. Um das festzustellen, müssen wir genau wissen, was wir liefern“, erklärt er Emil Schüler von dem MD Anderson Krebszentrum der Universität von Texas. „Ein gutes Verständnis der genauen Parameter für jeden abgegebenen Impuls scheint wichtig zu sein. Bis wir mehr wissen, brauchen wir diese Art von detailliertem Verständnis unserer Lieferungen, und hier hat sich herkömmliche Ausrüstung als suboptimal erwiesen.“

Bei der konventionellen Strahlentherapie wird die Strahlenabgabe unter Verwendung von Transmissionsionenkammern überwacht. Während Ionenpaare in diesen Dosimetern gelegentlich rekombinieren, stellt die Ionenrekombination nur einen kleinen Prozentsatz der Messungen dar (weniger als 5 %), und diese Ereignisse können unter Verwendung von Modellen und Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. In eFLASH-Strahlen mit hoher Dosisrate können jedoch über 90 % der Ionenpaare rekombinieren, herkömmliche Modelle, die die Ionenpaarrekombination korrigieren, brechen zusammen, und eine genaue Strahlüberwachung und -steuerung wird zu einer Herausforderung – wenn nicht gar unmöglich.

Unter der Leitung von Schüler u Sam Beddar, hat ein Team von MD Anderson-Forschern kürzlich einen Weg beschrieben, um die Herausforderungen zu überwinden, die der eFLASH-Strahlüberwachung innewohnen. Ihre Lösung hat ihre Wurzeln in Experimenten der Hochenergiephysik.

Strahlstromwandler für FLASH

In ihrer Studie, in der berichtet Zeitschrift für angewandte klinische medizinische Physik, führen die Forscher ein integriertes Beam Current Transformer (BCTs)-System ein, um die von den erzeugten Strahlen zu überwachen Mobetron system, ein kommerzieller Elektronentherapie-Linearbeschleuniger, hergestellt von IntraOp.

BCTs, die ursprünglich in den Beamlines von Hochenergiephysik-Experimenten verwendet wurden, messen den induzierten Strom von Elektronen, die sie passieren. Aufbauend auf geleistete Arbeit bei Universität Lausanne, IntraOp-Ingenieure haben den Mobetron-Kopf neu gestaltet, um zwei BCTs aufzunehmen: einen hinter der primären Streufolie; der andere stromabwärts der sekundären Streufolie.

Die Forscher von MD Anderson charakterisierten dann ausführlich die BCT-Reaktion auf Elektronenstrahlen mit ultrahoher Dosisrate bei 6 und 9 MeV. Sie überwachten die Strahlleistung in verschiedenen dosimetrischen Aufbauten und mit unterschiedlicher Kollimation als Funktion von Dosis, Streubedingungen und physikalischen Strahlparametern, einschließlich Pulsbreite, Pulswiederholfrequenz und Dosis pro Puls. Dosimetrische Auswertungen wurden mit GafChromic EBT3-Film durchgeführt, einem Standarddosimeter, das Gesamtdosiswerte unabhängig von der Dosisrate liefert. Experimentelle Studien wurden dreimal durchgeführt, um die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit sicherzustellen.

Das Team kam zu dem Schluss, dass BCTs eFLASH-Strahlen genau überwachen, die Beschleunigerleistung quantifizieren und wesentliche physikalische Strahlparameter Puls für Puls erfassen können.

Jetzt untersuchen sie die Quelle und Möglichkeiten zur Korrektur höherer differentieller Rückstreupegel, die im oberen BCT im Vergleich zum unteren BCT gemessen wurden. Diese Diskrepanzen wurden außerhalb des Bereichs wahrscheinlicher klinischer eFLASH-Strahlparameter gemessen. Das Team von Schüler und Beddar entwickelt auch Methoden zur Messung der Strahlflachheit und -symmetrie, die bisher mit BCTs nicht gemessen werden können.

Photonen, Protonen oder Elektronen: Was bringt die FLASH-Strahlentherapie in die Klinik?

Das übergeordnete Ziel dieser Forschung, so Schüler, sei es sicherzustellen, dass Strahlenphysiker eFLASH-Strahlungsbehandlungen genau und präzise durchführen können.

„Es kommt wirklich darauf an sicherzustellen, dass wir eine sichere und robuste klinische Umsetzung dieser Technologie garantieren können“, sagt Schüler. „Für Medizinphysiker bedeutet dies, dass wir unsere Komfortzone ein wenig verlassen … die Standardausrüstung verlassen, die wir jetzt verwenden, wenn die FLASH-Strahlentherapie Realität wird. Wir versuchen auch, die Ionenkammer-Technologie für diese ultrahohen Dosisraten zu entwickeln, aber für die [Strahl]-Überwachung, insbesondere wenn es um Elektronenstrahllinien geht, ist es unwahrscheinlich, dass wir in der Lage sein werden, Transmissionskammern auf die gleiche Weise wie wir zu verwenden zuvor mit konventioneller Dosisleistungs-Strahlentherapie behandelt haben.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/high-energy-physics-devices-adapted-for-electron-flash-dosimetry/