Osakeste füüsika pakub uusi vaateid FLASH prootonteraapiale – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-caption="Pildipõhise FLASH-i suunas Karol Langi ja tema kolleegide välja töötatud PET-skanner suudab visualiseerida ja mõõta prootonteraapia mõju kiirte kohaletoimetamise ajal. (Viisakalt: Marek Proga, Austini Texase Ülikool)”>

Läbimurdelised tehnoloogiad, mis loodi algselt kõige ambitsioonikamate osakeste füüsika katsete jaoks, on sageli käivitanud uuendusi meditsiinilises ravis ja diagnoosimises. Kiirendite ja valgusvihu tehnoloogia areng on aidanud välja töötada ülitõhusaid vähiravistrateegiaid, samas kui kõige tabamatumate osakeste püüdmiseks mõeldud detektorid on pakkunud uusi viise inimkeha sisemiste toimingute vaatamiseks.

Ühes hiljutises arenduses saavutas USA-s asuv uurimisrühm, mida juhib Austini Texase ülikooli eksperimentaalne osakeste füüsik Karol Lang, esimest korda FLASH prootonteraapia mõju reaalajas pildistamine enne, selle ajal ja pärast tala kohaletoimetamist. Need uued FLASH-ravid manustavad ülisuureid doose ülilühikese aja jooksul, mis võib tõhusalt hävitada vähirakud, kahjustades samal ajal terveid kudesid. FLASH-ravi nõuab lühemate ravitsüklite jooksul vähem kiiritamist, mis võimaldaks prootonravist kasu saada rohkematel patsientidel ja vähendaks oluliselt kiirgusega seotud kõrvaltoimete riski.

Uurimisrühm, kuhu on kaasatud ka Houstonis asuva MD Andersoni prootonteraapia keskuse meditsiinifüüsikud, valmistas kujutised, kasutades selleks spetsiaalselt kavandatud skannerit positronemissioontomograafia (PET) jaoks – tehnika, mis tekkis 1970. aastatel CERNis tehtud teedrajavatest katsetest. . Kasutades viit erinevat fantoomi, mis toimivad inimpatsiendi surrogaatidena, kasutas meeskond oma kohandatud PET-instrumenti, et pildistada nii prootonkiire kiiret algust kui ka selle mõju kuni 20 minutit pärast kiiritamist.

"Prootonite kiiritamine tekitab kehas lühiealisi isotoope, mis paljudel juhtudel on positroni kiirgajad," selgitab Lang. "FLASH prootonteraapiaga genereerib kiire positroni intensiivsus, mis suurendab signaali tugevust. Isegi väikeste PET-detektori massiividega suutsime toota pilte ja mõõta nii isotoopide arvukust kui ka nende arengut aja jooksul.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Väike, kuid võimas PET-skanneris kasutatavad detektori massiivid on suhteliselt väikesed, kuid FLASH-kiire intensiivsus võimaldab toota pilte ja mõõta isotoopide arvukust. (Visalus: Marek Proga, Texase ülikool Austinis)” title=”Pildi avamiseks hüpikaknas klõpsake” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Nende põhimõtet tõendavate katsete käigus registreeritud mõõtmised viitavad sellele, et valgusvihusisene PET-skanner võib pakkuda reaalajas pildistamist ja dosimeetrit prootonteraapia ravi jaoks. Meeskond suutis isegi määrata prootonkiire intensiivsuse, tuvastades prootonkiire ekstraheerimisel tekkinud kiired gammad – nii nimetatud seetõttu, et need tekivad tuumade lagunemisel väga lühikese aja jooksul. Kui seadet on veidi muudetud, usub Lang, et prootonkiire hetktõmmise saamiseks saab mõõta kiireid gammasid, kusjuures PET-i kasutatakse seejärel isotoopide arengu jälgimiseks pärast kiire kohaletoimetamist.

"Need tulemused näitavad, et kliinilises keskkonnas kasulike mõõtmiste pakkumiseks oleks lihtsalt vaja parandada eksperimentaalset seadet, " ütleb ta. "Muidugi teame, et eelkliinilisi katseid on vaja veel palju teha, kuid praeguses etapis on selge, et selle tehnika jaoks ei ole mingeid tõendeid."

Lang ja tema kolleegid kirjeldavad oma lähenemist ja tulemusi kahes aastal avaldatud artiklis Füüsika meditsiinis ja bioloogias (PMB), millele mõlemale juurdepääs on tasuta. Teadlased said kasu ka kujunevast avaldamismudelist, mida nimetatakse ümberkujundavaks lepinguks, mis võimaldas neil mõlemat artiklit avaldada avatud juurdepääsuga, ilma et oleks vaja maksta tavalisi artiklite avaldamise tasusid.

Nende nn transformatiivsete lepingute, antud juhul IOP Publishingi ja Texase ülikooli süsteemi vahel sõlmitud lepingute alusel saavad akadeemilise rühma mis tahes asutuse teadlased nii juurdepääsu teadussisule kui ka avaldada oma tööd tasuta. Tõepoolest, IOP Publishing – mis avaldab PMB-d meditsiini füüsika ja tehnika instituudi nimel – nüüd on sõlminud ümberkujundavaid kokkuleppeid enam kui 900 asutusega 33 erinevas riigis, pakkudes tasuta juurdepääsu ja avaldamist enamikule, kui mitte kogu oma teadusajakirjade portfellile.

Nende lugemise ja avaldamise lepingute eesmärk on kiirendada üleminekut avatud juurdepääsuga kirjastamisele, kuna see väldib teadlaste vajadust hankida avaldamistasude katmiseks oma raha. Langi jaoks aitab iga samm, mis avab teadust ja võimaldab erinevatel kogukondadel koostööd teha, käivitada uusi ideid teistelt erialadelt, mis juhivad tulevast innovatsiooni. „Kui satun mõnele huvitavale paberile, millele ma ligi ei pääse, eriti kui see on teisest valdkonnast, on mul puudu teavet, mis võiks mind minu töös abiks olla,” ütleb ta. "Avatud ja tasuta teave on meie jaoks edusammude jaoks hädavajalik."

Oma kogemustest osakeste füüsikas on Lang näinud kasu, mida avatud ja koostööl põhinev uurimiskultuur võib esile tuua. "Osakeste füüsikas jagavad kõik oma parimaid mõtteid ja saavutusi ning inimesed tahavad kaasa lüüa erinevate võimaluste leidmisel uute ideede arendamiseks ja kasutamiseks," ütleb ta. "Ilma selle koostööl põhineva mõtteviisita poleks CERNis, Fermilabis ja mujal nähtud läbimurdeid lihtsalt juhtunud."

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg" data-caption="Kohandatud disain Karol Lang (keskel) koos insener Marek Proga (vasakul) ja doktorant John Cesariga ning meeskonna poolt välja töötatud spetsiaalselt loodud PET-skanner. Skänneri konfiguratsioon võimaldab patsiendi ravi ajal mõõtmisi teha kiires. (Visalus: Michael Gajda, Texase ülikool Austinis)” title=”Pildi avamiseks hüpikaknas klõpsake” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

Siiski on selge, et Lang on pettunud, et mõned meditsiiniringkondade inimesed näivad olevat vähem avatud uutele ideedele, eriti füüsikult, kellel pole eelnevat kliinilist kogemust. "Me teame, et paljud meditsiinifüüsika ja tuumapildistamise parimad tehnoloogiad pärinevad osakeste ja tuumafüüsika edusammudest, kuid uusimaid uusi ideid on meditsiinis raske tuua," ütleb ta. "Ma mõistan nüüd paremini, miks see nii on – läbiproovitud ja usaldusväärsete meditsiiniliste protseduuride ja ametlike raviprotokollide muutmine on palju keerulisem kui lihtsalt parema detektori vahetamine -, kuid olen endiselt pettunud, kui keeruline on sektorisse tungida ja kaasata. ühisuuringutes."

Kuigi Lang on varemgi proovinud meditsiinidetektoreid ehitada, tunnistab ta, et tema ja teised osakeste füüsikud võivad olla süüdi naiivsuses või isegi ülbuses, kui on vaja uudseid tehnoloogiaid rangelt kontrollitud haiglakeskkonda tutvustada. Selle uue töö jaoks palus rühm meditsiinifüüsikuid tal aga asuda juhtima uurimisprojekti, mis nõudis tema teadmisi osakestedetektorite ehitamisel. "Ma jätkan endiselt oma uurimistööd neutriinofüüsika vallas, kuid usun, et see, mida me saame pakkuda, on nii ainulaadne ja väärt, et tahtsin selles osaleda," ütleb Lang. "Kui ma rohkem õppisin, hakkasin ma rohkem huvi tundma ja jäin FLASH-ravi ideest tõeliselt konksu."

Kuigi on vaja teha rohkem tööd, et optimeerida valgusvihuga pildistamise tehnikat kliiniliseks kasutamiseks, usub Lang, et lühiajaliselt võib see pakkuda väärtuslikku uurimisvahendit, mis aitab mõista FLASH-efekti. "Keegi ei tea tegelikult, miks FLASH töötab või täpselt, milliseid kiire parameetreid tuleks parimate tulemuste saavutamiseks kasutada," ütleb ta. "See viitab mulle üsna sügavalt sellele, et me ei mõista täielikult, kuidas kiirgus mõjutab tervet või vähkkasvajat."

Selle uue instrumendiga, väidab Lang, oleks FLASH-ravi ajal võimalik uurida füüsilisi mehhanisme. "See meetod võib aidata meil mõista, kuidas inimkeha reageerib pärast seda, kui seda on kiiritatud nii intensiivsete energiapursketega, " ütleb ta. "See pakub võimalust uurida kiirituse ajast sõltuvaid mõjusid, mida minu arvates pole varem süstemaatiliselt tehtud."

Pikemas perspektiivis on aga eesmärk luua pildipõhine ravimeetod, mis mõõdaks iga kiiritamise mõju, et teavitada ja ajakohastada järgnevaid ravimeetodeid. Sellised adaptiivsed lähenemisviisid on tavapäraste raviprotokollide puhul ebapraktilised, kus väiksemaid annuseid manustatakse umbes 30 päevase seansi jooksul, kuid need võivad olla elujõulisemad FLASH-raviga, mis võib vajada vaid mõnda annust, et anda vähi likvideerimiseks piisavalt energiat.

"Iga kiiritamise mõjude kontrollimine muudaks täielikult ravi dünaamikat, logistikat ja tulemusi," ütleb Lang. "Koos energeetiliste prootonite ja inimkeha vastastikmõju parema mõistmisega võivad sellised adaptiivsed FLASH-protokollid avaldada revolutsioonilist mõju patsiendi tulemustele."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/