Μια ευρωπαϊκή ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα πρωτότυπο ανιχνευτή διόδων Schottky με βάση το διαμάντι για να θέσει σε λειτουργία ένα ElectronFlash επιταχυντής έρευνας τόσο για συμβατική όσο και για προκλινική ακτινοθεραπεία FLASH. Ο νέος ανιχνευτής αποδείχθηκε χρήσιμο εργαλείο για γρήγορο και αναπαραγώγιμο χαρακτηρισμό δέσμης, κατάλληλος για ρυθμούς υπερυψηλής δόσης (UH-DR) και συνθήκες εξαιρετικά υψηλής δόσης ανά παλμό (UH-DPP). Αυτό είναι ένα επίτευγμα ορόσημο για την ομάδα ανάπτυξής της, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Ρώμης Tor Vergata, καθώς δεν διατίθενται εμπορικά ενεργά δοσίμετρα σε πραγματικό χρόνο για ακτινοθεραπεία FLASH.
Η ακτινοθεραπεία FLASH είναι μια αναδυόμενη τεχνική θεραπείας του καρκίνου κατά την οποία οι ιστοί στόχοι ακτινοβολούνται χρησιμοποιώντας πολύ υψηλότερους ρυθμούς δόσης από ό,τι με τη συμβατική ακτινοθεραπεία, και κατά συνέπεια, για πολύ μικρότερους χρόνους ακτινοβολίας. Αυτός ο εξαιρετικά υψηλός ρυθμός δόσης προκαλεί το λεγόμενο φαινόμενο FLASH: μείωση των τοξικοτήτων που προκαλούνται από την ακτινοβολία στους περιβάλλοντες φυσιολογικούς ιστούς, ενώ διατηρεί την ισοδύναμη απόκριση εξόντωσης του όγκου.
Αυτή η αναδυόμενη τεχνολογία επαινείται παγκοσμίως ως μια συναρπαστική θεραπευτική στρατηγική με δυνατότητα να αλλάξει το μέλλον της κλινικής θεραπείας του καρκίνου. Υπάρχουν όμως εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν, ένα από τα οποία ήταν η ανάπτυξη ενός ακριβούς, αποτελεσματικού στη χρήση συστήματος δοσιμετρίας για τον προσδιορισμό της δόσης ακτινοβολίας σε πραγματικό χρόνο.
Τα τρέχοντα εμπορικά δοσίμετρα πραγματικού χρόνου, όπως οι θάλαμοι ιονισμού και οι ανιχνευτές στερεάς κατάστασης, δεν είναι κατάλληλα για κλινική χρήση, λόγω των επιδράσεων ανασυνδυασμού, κορεσμού και μη γραμμικότητας που παρατηρούνται στην απόκρισή τους. Τα παθητικά δοσίμετρα όπως τα φιλμ αλανίνης και GAFchromic λειτουργούν, αλλά η απόκρισή τους μπορεί να μην δημιουργηθεί για ώρες ή ακόμα και ημέρες μετά από μια διαδικασία ακτινοβόλησης, καθιστώντας τα μη πρακτικά για την καθημερινή διασφάλιση ποιότητας λιναριού.
Για να ξεπεράσει αυτούς τους περιορισμούς, η ομάδα σχεδίασε τον ανιχνευτή flashDiamond (fD) ειδικά για εφαρμογές UH-DR και UH-DPP, περιγράφοντάς τον σε ένα άρθρο του Ιανουαρίου 2022 στο Ιατρική Φυσική. Τώρα, κύριος ερευνητής Τζιανλούκα Βερόνα Ρινάτι και οι συνάδελφοι έχουν πραγματοποιήσει μια συστηματική διερεύνηση της απόκρισης του ανιχνευτή fD σε παλμικές δέσμες ηλεκτρονίων, επικυρώνοντας τη γραμμικότητα απόκρισής του σε DPP έως περίπου 26 Gy/παλμό, στιγμιαίους ρυθμούς δόσης περίπου 5 MGy/s και μέσους ρυθμούς δόσης περίπου 1 kGy/s .
Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον ανιχνευτή fD για να θέσουν σε λειτουργία ένα ElectronFlash linac Sordina Iort Technologies (SIT) στην Ιταλία, αναφέροντας τα ευρήματά τους στο Ιατρική Φυσική.
Δοσιμετρικός χαρακτηρισμός
Για να αξιολογήσει το πρωτότυπο fD, η ομάδα πραγματοποίησε αρχικά βαθμονομήσεις απορροφούμενης δόσης υπό τρεις διαφορετικές συνθήκες ακτινοβόλησης: 60Συν-ακτινοβόληση σε συνθήκες αναφοράς στο δευτερεύον πρότυπο εργαστήριο PTW (PTW-Φράιμπουργκ) UH-DPP δέσμες ηλεκτρονίων στο PTB; και δέσμες ElectronFlash σε συμβατικές συνθήκες στο SIT.
Ενθαρρυντικά, οι τιμές που προέκυψαν από τις διαδικασίες βαθμονόμησης στις τρεις εγκαταστάσεις συμφωνήθηκαν καλά. Οι ευαισθησίες ενός πρωτοτύπου fD που ελήφθησαν υπό 60Η συν ακτινοβολία, με δέσμες ηλεκτρονίων UH-DPP και με συμβατικές δέσμες ηλεκτρονίων ήταν 0.309±0.005, 0.305±0.002 και 0.306±0.005 nC/Gy, αντίστοιχα. Αυτό δείχνει ότι δεν υπάρχουν διαφορές στην απόκριση του πρωτοτύπου fD όταν χρησιμοποιούνται συμβατικές ή UH-DPP δέσμες ηλεκτρονίων ή μεταξύ 60Ακτινοβολία Co και δέσμης ηλεκτρονίων.
Στη συνέχεια, η ομάδα ερεύνησε τη γραμμικότητα απόκρισης fD στην περιοχή UH-DPP. Μεταβάλλοντας το DPP μεταξύ 1.2 και 11.9 Gy αποκάλυψε ότι η απόκριση του πρωτοτύπου ήταν γραμμική τουλάχιστον μέχρι τη μέγιστη διερευνούμενη τιμή των 11.9 Gy.
Οι ερευνητές συνέκριναν επίσης τα αποτελέσματα του ανιχνευτή fD με εκείνα των εμπορικά διαθέσιμων δοσομέτρων, συμπεριλαμβανομένου ενός microDiamond, ενός θαλάμου ιονισμού Advanced Markus, ενός ανιχνευτή διόδου πυριτίου και EBT-XD GAFchromic φιλμ. Παρατήρησαν καλή συμφωνία μεταξύ των ποσοστιαίων καμπυλών βάθους δόσης, των προφίλ δέσμης και των παραγόντων εξόδου που μετρήθηκαν από το πρωτότυπο fD και τους ανιχνευτές αναφοράς, για συμβατική και (με φιλμ EBT-XD) ακτινοβολία UH-DPP.
Το μετατρεπόμενο κλινικό linac παρέχει ακτινοθεραπεία FLASH
Τέλος, η ομάδα χρησιμοποίησε τον ανιχνευτή fD για να θέσει σε λειτουργία το ElectronFlash linac, το οποίο είναι ικανό να λειτουργεί τόσο με συμβατικούς τρόπους όσο και με UH-DPP. Το linac είναι εξοπλισμένο με πολλούς κυλινδρικούς εφαρμοστές PMMA, διαμέτρου μεταξύ 30 και 120 mm, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για τη μεταβολή του DPP. Η θέση σε λειτουργία ολοκληρώθηκε με την απόκτηση προφίλ ποσοστιαίας δόσης βάθους και δέσμης για παλμικές δέσμες ηλεκτρονίων 7 και 9 MeV, χρησιμοποιώντας όλους τους διαφορετικούς εφαρμοστές και τόσο με συμβατικούς όσο και με τρόπους UH-DPP.
Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το πρωτότυπο fD θα μπορούσε να αποδειχθεί ένα πολύτιμο εργαλείο για τη θέση σε λειτουργία δεσμών δέσμης ηλεκτρονίων για ακτινοθεραπεία FLASH. Αυτήν τη στιγμή διεξάγουν προσομοιώσεις Monte Carlo τόσο των δεσμών Linac ElectronFlash όσο και του ανιχνευτή fD για να παρέχουν θεωρητική υποστήριξη στις δοσιμετρικές αποτιμήσεις τους.
