چگونه یک گوه می تواند انتقال پرتو را در پروتون درمانی معمولی افزایش دهد - دنیای فیزیک

چگونه یک گوه می تواند انتقال پرتو را در پروتون درمانی معمولی افزایش دهد - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 28 ژوئیه 2023، 5:00 صبح

محققین PSI، ویوک مارادیا و سرنا پسورولاس
نوآوری Beamline Vivek Maradia (سمت چپ)، Serena Psoroulas (راست) و همکارانش در PSI در حال توسعه راهی برای دستیابی به دوزهای بالاتر و زمان درمان کوتاه‌تر برای بیماران سرطانی هستند که تحت پروتون درمانی قرار می‌گیرند. (با احترام: موسسه پل شرر/مارکوس فیشر)

در ابتدای سال 2023 وجود داشت 89 کلینیک پروتون درمانی در سراسر جهان (به گفته گروه مشارکتی ذره درمانی). پروتون درمانی یک درمان سرطان بسیار سازگار است که می تواند برای درمان تومورهای با شکل نامنظم واقع در نزدیکی ساختارهای حیاتی مانند ستون فقرات یا چشم استفاده شود، اما هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است.

چرا؟ می‌گوید تا حد زیادی به دلیل هزینه ساخت یک مرکز پروتون درمانی است ویوک مارادیا، یک دانشمند در مرکز پروتون درمانی موسسه پل شرر.

مارادیا می گوید: «اگر می خواهید یک مرکز درمانی دو یا سه اتاقه بسازید، حدود 100 میلیون دلار هزینه دارد. از زمان اتمام دکترای خود، یک مرکز پروتون درمانی فشرده طراحی کردم که هزینه را کاهش می دهد و می تواند درمان را در اتاق های متعدد با یک خط پرتو ارائه کند.

طراحی Maradia متکی بر یک خط پرتو اصلاح شده است که او در زمان دانشجوی دکترا در مؤسسه Paul Scherrer (PSI) ایجاد کرد. او و همکارانش در حال مقابله با یکی از معایب اصلی امکانات پروتون درمانی مبتنی بر سیکلوترون هستند: با کاهش پروتون ها به انرژی های مرتبط بالینی، بیشتر پرتو از بین می رود.

سیکلوترون ها با انرژی های بالا پرتوهای پروتون تولید می کنند که اغلب بیشتر از انرژی مورد نیاز برای پروتون درمانی است. برای کاهش انرژی، پرتو از یک ماده تجزیه کننده (به عنوان مثال، یک گوه کربن) عبور می کند که انرژی ها را در یک طیف پخش می کند. سپس از شکاف ها برای انتخاب انرژی های صحیح برای درمان استفاده می شود.

این سیستم انتخاب انرژی ناکارآمد است. هم منجر به کاهش انتقال پرتو می شود - به این معنی که زمان بیشتری برای ارائه یک درمان نیاز دارد - و هم تشعشعات ثانویه که نیاز به محافظ دارند، که به طور قابل توجهی هزینه های ساخت و ساز را افزایش می دهد.

برای افزایش کسری از پرتوی که به هدف می رسد، مارادیا به خنک سازی تکانه روی آورد، تکنیکی که در خطوط پرتو میون استفاده می شود. خنک کننده مومنتوم شکاف موجود در سیستم های انتخاب انرژی پروتون درمانی معمولی را با یک گوه جایگزین می کند. به جای قطع انرژی های ناخواسته، گوه گسترش انرژی ها را به انرژی کمتر تبدیل می کند و انرژی های پایین تر را پایین نگه می دارد در حالی که انرژی های بالاتر را به انرژی های پایین تر منتقل می کند.

مارادیا می‌گوید: «ما در واقع دست‌نوشته‌ای را از محققی در PSI پیدا کردیم که پیشنهاد استفاده از این تکنیک را در تیرهای پایون در سال 1976 داده بود، اما نتوانستیم تأیید کنیم که آیا این روش اجرا شده است یا خیر. چالش‌هایی برای غلبه بر استفاده از خنک‌کننده تکانه در پروتون درمانی، مانند کنترل تابش پرتو وجود دارد، و ما در این زمینه با متخصصان فناوری شتاب همکاری کرده‌ایم.»

نوشتن در فیزیک طبیعتمارادیا و همکارانش نشان دادند که چگونه خنک‌سازی تکانه می‌تواند در طراحی دروازه‌ای برای افزایش انتقال پرتو گنجانده شود. نتایج آزمایش‌های شبیه‌سازی آنها افزایش ۱۰۰ برابری در انتقال پرتو ۷۰ مگا ولت را نشان می‌دهد. آزمایش‌های مخزن آب در یک خط پرتو درمان چشمی باعث افزایش دو عاملی در انتقال شد.

پس از این کار اثبات مفهوم، محققان در حال حاضر در حال طراحی یک گوه پلی اتیلن برای هر پرتو 10 مگا ولت از 70 تا 230 مگا ولت هستند و آنها قصد دارند خنک‌سازی مومنتوم را به‌طور دائم در خط پرتو ادغام کنند تا زمان درمان را به یک بار انبساط کوتاه کنند. آنها در حال طراحی یک مرکز پروتون درمانی فشرده هستند که شامل خنک کننده تکانه با حمایت کمک مالی دولت سوئیس است. در نهایت، خنک‌سازی تکانه حتی می‌تواند به بهره‌برداری از اثر FLASH کمک کند، زیرا قرار دادن گوه نرخ دوز را افزایش می‌دهد، اما Maradia می‌گوید که این اولویت فعلی تیم نیست.

در پروتون درمانی، ما دقیقاً زمانی که تومورها حرکت نمی کنند، درمان می کنیم. اما وقتی صحبت از اهداف متحرک، مانند ریه و کبد می شود، به دلیل حرکت تنفسی نمی توانیم آن ها را دقیقاً تحویل دهیم. ما باید از نوعی کاهش حرکت استفاده کنیم که زمان تحویل را افزایش می دهد. ما می‌خواستیم زمان درمان را کاهش دهیم تا بتوانیم درمان را با یک حبس نفس ارائه دهیم.» "این افزایش در انتقال از طریق خنک کننده تکانه برای کاهش زمان درمان مهم است."

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک