Ülisuure doosikiirusega röntgeniplatvorm on FLASH-i radiobioloogiliste uuringute jaoks – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg" data-caption="Esimesed valgusvihu katsed Esimene autor Nolan Esplen TRIUMFi kiirituse uurimisjaamas FLASH. (Visaldus: Luca Egoriti)” title=”Pildi avamiseks hüpikaknas klõpsake” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

Kanada teadlased on iseloomustanud röntgenkiirguse platvormi FLASH kiiritusravi radiobioloogilisteks uuringuteks – arenev vähiravi tehnika, mis kasutab ülikõrge doosikiirusega (UHDR) kiiritust. Platvorm, mida nimetatakse FLASH-kiirguse uurimisjaamaks TRIUMF-is ehk FIRST, suudab edastada 10 MV röntgenikiirt doosikiirustel, mis ületavad 100 Gy/s.

Asub ARIELi valgusvihu juures aadressil TRIUMF, Kanada osakeste kiirendi keskus, FIRST on praegu ainus omataoline kiiritusplatvorm Põhja-Ameerikas. Ülemaailmselt on kaks eksperimentaalset UHDR-i megapingega röntgenkiirte kiirtejoont: üks TRIUMF-is Vancouveris ja teine ​​​​Chengdus, Hiina Tehnikafüüsika Akadeemias, terahertsi vaba elektronlaser.

Teadlaste sõnul vajavad megapinge röntgenikiirgus tagasihoidlikud kiirendi spetsifikatsioonid, võrreldes teiste sügavalt asetsevate kasvajate raviks kasutatavate meetoditega, ja FIRST suudab pakkuda nii UHDR-i kui ka tavalist megapingekiirgust ühisel valgusvihul.

„Ülikõrge doosiga röntgenikiirguse allikate kättesaadavuses on lünk; see on valdkonnas rahuldamata vajadus ja seda tüüpi kiirguse tavapäraseks edastamiseks pole saadaval ühtegi kaubanduslikku platvormi,“ selgitab Nolan Esplen, MD Andersoni vähikeskuse järeldoktor. "See mitmeaastane koostööprojekt [TRIUMF-iga] … oli võimalus kasutada seda ainulaadset laboratooriumi, kus on juurdepääs suure energiaga ülijuhtivale elektron-linacile, et toota sellist kiirgust, mida tahame FLASH-i radiobioloogiliste uuringute jaoks uurida."

Esplen viis läbi ESIMESED iseloomustuskatsed, kui ta oli ülikooli magistrand Victoria ülikool tööl XCITE labor. Uurimisrühma viimane uuring, mis avaldati aastal Looduse teaduslikud aruanded, esitab FIRSTi ja esialgsete prekliiniliste katsete põhjaliku iseloomustuse. Simulatsioonitöö ilmus 2022. aastal Füüsika meditsiinis ja bioloogias.

"Oleme juba mõnda aega tegelenud ülikõrge doosiga kiiritusega," ütleb XCITE Labi direktor Magdalena Bazalova-Carter. „Hakkasime TRIUMFi inimestega rääkima ARIEL-i valgusvihust ja sellest, kuidas me saaksime selle valgusvihu jaoks sihtmärgi, milliseid röntgendoosikiirusi me saaksime. Nii see kõik algas.»

FIRSTI esimesed

Teadlased uurisid saadaolevate ja kliiniliselt oluliste kiirte parameetrite alamhulka, et iseloomustada FIRST-i UHDR-i ja tavapärase doosikiirusega toimimise korral. Nad fikseerisid elektronkiire energia väärtusele 10 MeV, et maksimeerida doosikiirust ja eesmärgi pikaealisus, ning seadsid kiire voolu (tippvoolu) vahemikku 95–105 µA. Doosikiirused arvutati filmi dosimeetria abil.

Üle 40 Gy/s saavutati kuni 4.1 cm sügavusel 1-sentimeetrise välja puhul. Võrreldes kliinilise 10 MV kiirega, võimaldas FIRST vähendada pindmist annust. Võrreldes madala energiatarbega elektroniallikatega pakkus FIRST annuse järkjärgulisemat langust pärast d._max (maksimaalse annuse sügavus). Töörühm märgib, et pindmiste sügavuse ja annuse gradientide olemasolu põhjustas annuse heterogeensuse probleeme, mis praegu piiravad rakendusi prekliinilise tööga. Allika stabiilsuse piirangud põhjustasid voolu ja annuse erinevusi.

Iseloomustusuuringute põhjal kasutasid teadlased seejärel FIRSTi, et edastada tervete hiirte kopsudesse UHDR-i (üle 80 Gy/s) ja madala doosiga tavapärast röntgenkiirgust. Nad andsid edukalt 15 ja 30 Gy annuseid 10% täpsusega retseptist 1 cm sügavusel. Kopsukoe ebahomogeensuse mõjusid ei korrigeeritud (rühma disainiuuring osutas tähtsusetutele häiretele megapinge tala energia juures). Elektronallika väljund ja filmi dosimeetria dispersioon domineerisid töötlemiseelse doosi mõõtmise määramatuses.

Õppetunnid

Füüsiline ruum, kus FIRST asub, oli algselt mõeldud – ja toimib siiani – kiirte prügimäena (kus laetud osakeste kiir saab ohutult neelduda). See tõi FIRSTile kaasa mõned ainulaadsed disainiprobleemid.

“Meie tegemisel polnud alust ja see oli ka TRIUMFi arenguvõimalus. Paljud inimesed said teada nii süsteemist kui ka seda tüüpi kohaletoimetamise nüanssidest ja asjadest, mis meil hästi läks, ja mida saaksime tulevikus paremini teha,“ räägib Esplen. „Kuna see on rajatis, mida arendatakse, olime esimene teaduslik võimalus – see on väga dünaamiline keskkond. Meil on mõned äärmiselt andekad kaastöötajad ja valgusvihu füüsikud, kes töötasid selle nimel, et seada kõik valgusvihu joonte optilised parameetrid, et saaksime sihtmärgile edastada õige suurusega minimaalselt hajutava kiire.

Teadlaste katsete ajal sai pärast platvormi seadistamist, kohaletoimetamist ja seiskamist iga 45 minuti järel kiiritada ainult ühte fantoompaari või ühte hiirt. Ja pärast iga valgusvihu ja tala enda reguleerimist pidid teadlased selle väljundi ja dosimeetria kinnitamiseks kiirt ümber häälestama.

Kas tavalised röntgenitorud annavad FLASH-i doosikiirusi?

"See on erinev lugu kliinilisest meditsiinifüüsikast. Kui teete haiglas linaciga katseid, saab üks inimene kogu katsega hakkama... See on hoopis teistsugune olukord," ütleb Bazalova-Carter. "Viis inimest pidid [nende katsete jaoks] läbima valgusvihu, et jälgida kõiki ekraane – ja kuigi kaugeltki mitte kõiki neid meie katsetes ei kasutatud, lugesin ma arvan, et kontrollruumis oli 113 ekraani... Päris huvitav oli, et me võib Monte Carlo simulatsioonide ja katsete vahel saavutada väga korraliku doosikokkuleppe, arvestades, kui keerulised need katsed on.

Vaatamata sellistele takistustele hõlmavad FIRST platvormi eelised peamiste allikaparameetrite, sealhulgas impulsi kordussageduse, tippvoolu, kiire energia ja keskmise võimsuse kontrolli.

„Olime ARIELi valgusvihu esimene kasutaja,“ mõtiskleb Bazalova-Carter. "Pärast selle projekti kallal mitu aastat töötamist oli väga rahuldust pakkuv, et sai tegelikult hiirte kiirituskatseid läbi viia."

Tulemas on radiobioloogiline järeluuring.

• 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/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/