El dosímetro de diamante se alinea para la radioterapia FLASH

Un equipo de investigación europeo ha utilizado un prototipo de detector de diodo Schottky basado en diamantes para poner en marcha con éxito un Flash de electrones acelerador de investigación para radioterapia FLASH convencional y preclínica. El nuevo detector demostró ser una herramienta útil para la caracterización rápida y reproducible del haz, adecuada para condiciones de tasas de dosis ultraaltas (UH-DR) y dosis por pulso ultraaltas (UH-DPP). Este es un logro histórico para su equipo de desarrollo, encabezado en el Universidad de Roma Tor Vergata, ya que actualmente no hay disponibles dosímetros comerciales activos en tiempo real para radioterapia FLASH.

La radioterapia FLASH es una técnica de tratamiento del cáncer emergente en la que los tejidos diana se irradian utilizando tasas de dosis mucho más altas que con la radioterapia convencional y, en consecuencia, durante tiempos de irradiación mucho más cortos. Esta tasa de dosis ultraalta provoca el llamado efecto FLASH: una disminución de las toxicidades inducidas por la radiación en los tejidos normales circundantes, mientras se mantiene una respuesta equivalente de eliminación de tumores.

Esta tecnología emergente está siendo elogiada a nivel mundial como una estrategia de tratamiento emocionante con potencial para cambiar el futuro de la terapia clínica contra el cáncer. Pero hay obstáculos que superar, uno de los cuales ha sido el desarrollo de un sistema de dosimetría preciso y eficiente para determinar la dosis de radiación en tiempo real.

Los dosímetros en tiempo real comerciales actuales, como las cámaras de ionización y los detectores de estado sólido, no son adecuados para uso clínico debido a los efectos de recombinación, saturación y no linealidad observados en su respuesta. Los dosímetros pasivos, como las películas de alanina y GAFchromic, funcionan, pero es posible que su respuesta no se genere durante horas o incluso días después de un procedimiento de irradiación, lo que los hace poco prácticos para garantizar la calidad diaria del acelerador lineal.

Para superar estas limitaciones, el equipo diseñó el detector flashDiamond (fD) específicamente para aplicaciones UH-DR y UH-DPP, y lo describió en un artículo de enero de 2022 en Física Médica. Ahora, investigador principal Gianluca Verona Rinati y sus colegas han realizado una investigación sistemática de la respuesta del detector fD a haces de electrones pulsados, validando su linealidad de respuesta en DPP de hasta aproximadamente 26 Gy/pulso, tasas de dosis instantáneas de aproximadamente 5 MGy/s y tasas de dosis promedio de alrededor de 1 kGy/s .

Luego, los investigadores usaron el detector fD para poner en servicio un acelerador lineal ElectronFlash en Tecnologías Sordina Iort (SIT) en Italia, reportando sus hallazgos en Física Médica.

Caracterización dosimétrica

Para evaluar el prototipo de fD, el equipo primero realizó calibraciones de dosis absorbida en tres condiciones de irradiación diferentes: ⁶⁰Coirradiación en condiciones de referencia en el laboratorio de patrón secundario de PTW (PTW-Friburgo); Haces de electrones UH-DPP en PTB; y haces ElectronFlash en condiciones convencionales en SIT.

De manera alentadora, los valores obtenidos de los procedimientos de calibración en las tres instalaciones concordaron bien. Las sensibilidades de un prototipo fD obtenido bajo ⁶⁰La coirradiación, con haces de electrones UH-DPP y con haces de electrones convencionales fueron 0.309±0.005, 0.305±0.002 y 0.306±0.005 nC/Gy, respectivamente. Esto indica que no existen diferencias en la respuesta del prototipo fD cuando se utilizan haces de electrones convencionales o UH-DPP, o entre ⁶⁰Irradiación con haz de electrones y Co.

A continuación, el equipo investigó la linealidad de la respuesta fD en el rango UH-DPP. La variación del DPP entre 1.2 y 11.9 Gy reveló que la respuesta del prototipo era lineal al menos hasta el valor máximo investigado de 11.9 Gy.

Los investigadores también compararon los resultados del detector fD con los de los dosímetros disponibles comercialmente, incluido un microDiamond, una cámara de ionización Advanced Markus, un detector de diodo de silicio y películas cromáticas EBT-XD GAF. Observaron una buena concordancia entre las curvas de porcentaje de dosis en profundidad, los perfiles de haz y los factores de salida medidos por el prototipo fD y los detectores de referencia, para irradiación convencional y (con películas EBT-XD) UH-DPP.

Finalmente, el equipo usó el detector fD para poner en servicio el acelerador lineal ElectronFlash, que es capaz de operar tanto en modalidad convencional como UH-DPP. El linac está equipado con varios aplicadores cilíndricos de PMMA, de entre 30 y 120 mm de diámetro, que se utilizan para variar el DPP. La puesta en servicio se completó con la adquisición de perfiles de haz y dosis en profundidad porcentuales para haces de electrones pulsados ​​de 7 y 9 MeV, utilizando todos los diferentes aplicadores, y en las modalidades convencional y UH-DPP.

Los investigadores concluyen que el prototipo fD podría resultar una herramienta valiosa para la puesta en servicio de los aceleradores lineales de haces de electrones para la radioterapia FLASH. Actualmente están realizando simulaciones de Monte Carlo tanto de los haces del acelerador lineal ElectronFlash como del detector fD para brindar apoyo teórico a sus valoraciones dosimétricas.