Linac فشرده برای پرتودرمانی بالینی FLASH، اشعه ایکس با دوز فوق العاده بالا تولید می کند

رادیوتراپی FLASH، که با استفاده از پرتوهای پرتوهای با دوز بسیار بالا (UHDR) ارائه می‌شود، می‌تواند به طور قابل توجهی سمیت بافت طبیعی را کاهش دهد و در عین حال اثر ضد توموری را حفظ کند. مطالعات پیش بالینی که این اثر FLASH را نشان می‌دهد، عمدتاً از الکترون‌ها و پروتون‌ها استفاده می‌کند، زیرا تولید پرتوهای UHDR با تطبیق شتاب‌دهنده‌های پزشکی موجود نسبتاً آسان است. اما برای ترجمه FLASH برای استفاده در بیماران، اشعه ایکس پرانرژی (مگا ولتاژ) که معمولا در رادیوتراپی بالینی مرسوم استفاده می‌شود، می‌تواند رویکرد بهینه‌تری ارائه دهد.

با در نظر گرفتن این موضوع، یک تیم تحقیقاتی راه اندازی شد Tsinghua دانشگاه در چین در حال توسعه یک پلت فرم رادیوتراپی FLASH بر اساس یک شتاب دهنده خطی RF در دمای اتاق (linac) است - که به دلیل اندازه فشرده و هزینه کم آن به طور گسترده در کاربردهای پزشکی استفاده می شود. آنها نشان دادند که سیستمشان، که در فیزیک پزشکی، می تواند پرتوهای پرانرژی اشعه ایکس با سرعت دوز بیش از 40 گری در ثانیه در یک مجموعه بالینی مرتبط تولید کند.

محقق Hao Zha می گوید: "مزایای بالقوه استفاده از اشعه ایکس در رادیوتراپی FLASH فشرده بودن دستگاه و مقرون به صرفه بودن درمان است." دنیای فیزیک. طول شتاب دهنده ما تنها 1.65 متر بود، بنابراین آزمایش را می توان در یک اتاق کوچک نصب کرد.

بهینه سازی شتاب دهنده

سیستم‌های پرتودرمانی پرتو ایکس بالینی با انرژی بالا معمولاً مبتنی بر یک خط اتصال RF در دمای اتاق هستند که پرتوهای الکترونی را تا سطح MeV شتاب می‌دهد. این الکترون‌ها سپس به هدفی تابش می‌کنند که آن‌ها را از طریق اثر برمسترالانگ به پرتوهای ایکس با انرژی بالا تبدیل می‌کند. نرخ دوز اشعه ایکس قابل دستیابی به انرژی و جریان پرتو الکترونی فرودی بستگی دارد.

با این حال، رادیوتراپی FLASH به میزان دوز 2-3 مرتبه بالاتر از سیستم های معمولی نیاز دارد. در این مطالعه، تیم با افزایش میانگین جریان پرتو از ده‌ها میکرو آمپر به چندین میلی‌آمپر به این مهم دست یافتند.

ژا و همکارانش پلتفرم تابش اشعه ایکس پرانرژی UHDR خود را با بهینه سازی یک لیناک الکترونی موجی با حرکت رو به عقب باند S توسعه دادند. آنها شتاب دهنده ای به طول 1.65 متر طراحی کردند که از یک منبع انرژی مبتنی بر کلیسترون برای تولید پرتوهای الکترونی 11 مگا ولت با جریان پالسی 300 میلی آمپر، طول پالس 12.5 میکرو ثانیه و توان پرتو متوسط ​​29 کیلووات استفاده می کند.

مانع بعدی این است که چنین پرتوهای الکترونی با توان متوسط، مقادیر زیادی گرما را در هدف تبدیل الکترون به فوتون می‌گذارند. برای کمک به کاهش این گرما، تیم پرتوهای الکترونی را از طریق یک لوله رانش به طول 1.8 متر فرستاد که اندازه پرتو عرضی را از 5.1 به 10.6 میلی‌متر افزایش داد و در نتیجه چگالی توان و گرمایش پالس را در هدف کاهش داد.

عملکرد هدف تبدیل، که شامل یک دیسک تنگستن به عنوان ناحیه عملکردی است که توسط مس احاطه شده است تا خنک‌سازی آب را فعال کند، به ضخامت تنگستن و مس در خط پرتو بستگی دارد. بنابراین محققان از شبیه سازی مونت کارلو و تحلیل المان محدود حرارتی برای بهینه سازی ضخامت مواد استفاده کردند.

مدل سازی 1.4-4 میلی متر تنگستن و 1.5-3 میلی متر مس نشان داد که میزان دوز اشعه ایکس با افزایش ضخامت هر دو ماده کاهش می یابد. برای به حداکثر رساندن راندمان تبدیل اشعه ایکس در عین حفظ خنک کننده ایمن، هدفی با تنگستن 3 میلی متری و مس 2 میلی متری ایجاد کردند. این ترکیب می تواند اشعه ایکس پالسی با انرژی متوسط ​​1.66 مگا الکترون ولت و نرخ دوز 40.2 گری بر ثانیه در فاصله منبع-سطح (SSD) 70 سانتی متری در شبیه سازی تولید کند.

دزیمتری Linac

برای ارزیابی عملکرد لیناک دمای اتاق، محققان از فیلم‌های رادیوکرومیک EBT3 و EBT-XD برای اندازه‌گیری دوز مطلق استفاده کردند. آنها فیلم ها را در فاصله 50 یا 67.9 سانتی متری هدف اشعه ایکس و در عمق 2.1 سانتی متری در یک فانتوم آب قرار دادند. حداکثر نرخ میانگین دوز از 80 گری در ثانیه در 50 سانتی متر SSD و 45 گری بر ثانیه در 67.9 سانتی متر SSD، با تطابق خوب بین دو نوع فیلم، فراتر رفت.

محققان همچنین از یک محفظه یونیزاسیون PTW Farmer در 100 سانتی‌متر SSD برای اندازه‌گیری دوز کل نسبی هر شات تابش و یک محفظه یونیزاسیون موازی سطحی در زیر فیلم برای اندازه‌گیری دوز نسبی هر پالس استفاده کردند. میانگین نرخ دوز حالت پایدار (کالیبره شده با نتایج فیلم) 49.2 گری بر ثانیه در 67.9 سانتی متر SSD بود. نرخ دوز پالس و دسته به ترتیب 5.62 و 59.0 کیلوگری بر ثانیه بود.

این تیم همچنین از آشکارساز هواپیمای موازی برای آزمایش پایداری سیستم استفاده کرد. انحراف معیار 20 شات متوالی تابش 1.3 درصد از کل دوز بود. با تغییر استراتژی کنترل تابش، محققان این پایداری دوز شات به شات را تا 0.3 درصد بهبود دادند. پایداری روزانه دارای انحراف استاندارد ضعیف 3.9 درصدی نسبت به 70 شات تابشی (10 شات در روز به مدت هفت روز) بود که به تغییرات دمای روزانه نسبت داده می شود.

محققان خاطرنشان می کنند که سیستم Linac می تواند هم UHDR و هم تابش معمولی را بدون هیچ تغییری در تنظیمات پلت فرم تولید کند. سرعت متوسط ​​دوز را می توان با تغییر نرخ تکرار پالس (از 1 تا 700 هرتز) و طول پالس (از 6.3 به 12.5 میکرو ثانیه) تنظیم کرد. علاوه بر این، سرعت متوسط ​​دوز و نرخ دوز پالس هر دو با تغییر SSD پلت فرم قابل تنظیم هستند.

دستگاه های فیزیک با انرژی بالا که برای دزیمتری FLASH الکترون سازگار شده اند

آنها پیشنهاد می‌کنند که در پیاده‌سازی‌های آینده، هدف تبدیل استاتیک را می‌توان با یک طرح چرخشی جایگزین کرد. این امر به کاهش بار سیستم خنک کننده کمک می کند و نیاز به لوله رانش انبساط پرتو را برطرف می کند و فشردگی و سادگی سیستم را بیشتر می کند.

محققان نتیجه می‌گیرند: «نتایج برای کار آینده برای معرفی رادیوتراپی FLASH اشعه ایکس بر اساس لیناک‌های دمای اتاق در کاربردهای بالینی دلگرم‌کننده است». از آنجایی که دارای مزایای هزینه مقرون به صرفه، سادگی سیستم و فشردگی مناسب برای اکثر اتاق های درمان بیمارستانی است، سیستم Linac در دمای اتاق به عنوان یک راه حل رقابتی رادیوتراپی FLASH با جذابیت قابل توجهی پیشنهاد می شود.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/compact-linac-generates-ultrahigh-dose-rate-x-rays-for-clinical-flash-radiotherapy/