فیزیک ذرات دیدگاه های جدیدی در مورد پروتون درمانی FLASH ارائه می دهد - دنیای فیزیک

<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="به سمت فلش هدایت شده با تصویر یک اسکنر PET که توسط کارول لانگ و همکارانش ساخته شده است می تواند اثرات پروتون درمانی را در حین تحویل پرتو تجسم و اندازه گیری کند. (با احترام: Marek Proga، دانشگاه تگزاس در آستین)">

فناوری‌های نوآورانه‌ای که در اصل برای جاه‌طلبانه‌ترین آزمایش‌ها در فیزیک ذرات ایجاد شده‌اند، اغلب موجب نوآوری‌هایی در درمان و تشخیص پزشکی شده‌اند. پیشرفت‌ها در شتاب‌دهنده‌ها و مهندسی خطوط پرتو به توسعه استراتژی‌های بسیار مؤثر برای درمان سرطان کمک کرده است، در حالی که آشکارسازهایی که برای گرفتن گریزان‌ترین ذرات طراحی شده‌اند، راه‌های جدیدی برای مشاهده عملکرد درونی بدن انسان ارائه کرده‌اند.

در یکی از پیشرفت‌های اخیر، یک تیم تحقیقاتی مستقر در ایالات متحده به رهبری کارول لانگ، فیزیکدان ذرات تجربی در دانشگاه تگزاس در آستین، برای اولین بار به تصویربرداری بلادرنگ از اثرات پروتون درمانی FLASH قبل، حین و بعد از تحویل تیر. این درمان‌های نوظهور FLASH دوزهای بسیار بالایی را در بازه‌های زمانی بسیار کوتاه تجویز می‌کنند که می‌تواند به طور موثر سلول‌های سرطانی را ریشه کن کند و در عین حال آسیب کمتری به بافت سالم وارد کند. درمان‌های FLASH به تابش کمتری در دوره‌های درمان کوتاه‌تر نیاز دارند، که به بیماران بیشتری اجازه می‌دهد از پروتون درمانی بهره ببرند و خطر عوارض جانبی مرتبط با پرتو را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

این تیم تحقیقاتی که شامل فیزیکدانان پزشکی در مرکز پروتون درمانی MD اندرسون در هیوستون نیز می شود، تصاویر را با استفاده از یک اسکنر هدفمند برای توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) تولید کردند، تکنیکی که خود از آزمایش های پیشگام در CERN در دهه 1970 پدیدار شد. . این تیم با استفاده از پنج فانتوم مختلف که به عنوان جانشین برای یک بیمار انسانی عمل می کنند، از ابزار سفارشی PET خود برای تصویربرداری از شروع سریع پرتو پروتون و اثرات آن تا 20 دقیقه پس از تابش استفاده کردند.

لانگ توضیح می دهد: "تابش توسط پروتون ها ایزوتوپ های کوتاه مدت در بدن تولید می کند که در بسیاری از موارد ساطع کننده پوزیترون هستند." با پروتون درمانی FLASH، پرتو با شدت پوزیترون بالاتری تولید می کند که قدرت سیگنال را افزایش می دهد. حتی با آرایه‌های آشکارساز PET کوچک، ما توانستیم تصاویری تولید کنیم و هم فراوانی ایزوتوپ‌ها و هم تکامل آنها را در طول زمان اندازه‌گیری کنیم.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="کوچک اما قدرتمند The detector arrays used in the PET scanner are relatively small, but the intensity of the FLASH beam makes it possible to produce images and measure the abundances of the isotopes. (Courtesy: Marek Proga, University of Texas at Austin)” title=”Click to open image in popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg”>

اندازه‌گیری‌های ثبت‌شده در طول این آزمایش‌های اثبات اصل نشان می‌دهد که یک اسکنر PET درون پرتو می‌تواند تصویربرداری و دزیمتری بلادرنگ را برای درمان‌های پروتون درمانی ارائه دهد. این گروه حتی توانستند شدت پرتو پروتون را با تشخیص گامای سریع - که به این دلیل نامگذاری شده‌اند که در اثر فروپاشی هسته‌ها در بازه‌های زمانی بسیار کوتاه تولید می‌شوند - در طول استخراج پرتو پروتون، تعیین کنند. لانگ معتقد است که تنها با یک تغییر جزئی در دستگاه، می توان گامای سریع را برای به دست آوردن یک عکس فوری از پرتو پروتون اندازه گیری کرد و سپس از PET برای پیگیری تکامل ایزوتوپ ها پس از تحویل پرتو استفاده کرد.

او می‌گوید: «این نتایج نشان می‌دهد که تنها یک موضوع بهبود مجموعه تجربی برای این تکنیک است تا اندازه‌گیری‌های مفیدی را در یک محیط بالینی ارائه دهد.» "البته ما می دانیم که هنوز نیاز به آزمایش های پیش بالینی زیادی وجود دارد، اما در این مرحله واضح است که هیچ پیشنهادی برای این تکنیک وجود ندارد."

لانگ و همکارانش رویکرد و نتایج خود را در دو مقاله منتشر شده در آن شرح می‌دهند فیزیک در پزشکی و زیست شناسی (PMB)، دسترسی به هر دوی آنها رایگان است. محققان همچنین از یک مدل انتشار نوظهور به نام توافقنامه تحول آفرین بهره بردند که به آنها اجازه می داد هر دو مقاله را با دسترسی آزاد و بدون نیاز به پرداخت هزینه های معمول انتشار مقاله منتشر کنند.

بر اساس این توافق‌نامه‌های به اصطلاح تحول‌آفرین، در این مورد بین انتشارات IOP و سیستم دانشگاه تگزاس، محققان در هر مؤسسه‌ای در گروه دانشگاهی می‌توانند هم به محتوای پژوهشی دسترسی داشته باشند و هم آثار خود را رایگان منتشر کنند. در واقع، IOP Publishing - که PMB را به نمایندگی از موسسه فیزیک و مهندسی در پزشکی منتشر می کند - اکنون توافقات دگرگون کننده ای دارد با بیش از 900 موسسه در 33 کشور مختلف، دسترسی رایگان و انتشار در اکثر مجلات علمی، اگر نه همه، ارائه می دهد.

هدف این توافقنامه‌های خواندن و انتشار، تسریع انتقال به انتشارات با دسترسی آزاد است، زیرا از نیاز محققان برای تامین منابع مالی خود برای هزینه‌های انتشار اجتناب می‌کند. برای لانگ، هر حرکتی که علم را باز کند و جوامع مختلف را قادر به همکاری کند، به ایجاد ایده‌های جدید از سایر رشته‌ها کمک می‌کند که نوآوری‌های آینده را هدایت می‌کنند. او می گوید: «اگر به مقاله جالبی برخوردم که نمی توانم به آن دسترسی پیدا کنم، به خصوص اگر در زمینه دیگری باشد، اطلاعاتی را که ممکن است در کارم به من کمک کند از دست می دهم. "اطلاعات آزاد و آزاد برای پیشرفت ما ضروری است."

لانگ از تجربیات خود در فیزیک ذرات، مزایایی را دیده است که می تواند از فرهنگ تحقیقاتی باز و مشارکتی حاصل شود. او می‌گوید: «در فیزیک ذرات، همه بهترین افکار و دستاوردهای خود را به اشتراک می‌گذارند، و مردم می‌خواهند در یافتن راه‌های مختلف برای توسعه و بهره‌برداری از ایده‌های جدید مشارکت کنند». بدون آن طرز فکر مشترک، پیشرفت هایی که در سرن، فرمیلب و جاهای دیگر دیده ایم، اتفاق نمی افتاد.»

<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="طراحی دلخواه Karol Lang (centre) with engineer Marek Proga (left) and post-doc researcher John Cesar and the purpose-built PET scanner developed by the team. The configuration of the scanner provides in-beam measurements while the patient is being treated. (Courtesy: Michael Gajda, University of Texas at Austin)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

با این حال، واضح است که لانگ از اینکه برخی از افراد در جامعه پزشکی به نظر می‌رسد نسبت به ایده‌های جدید، به‌ویژه از سوی فیزیکدانی که هیچ تجربه بالینی قبلی ندارد، کمتر باز فکر می‌کنند، ناامید است. او می‌گوید: «ما می‌دانیم که بسیاری از بهترین فناوری‌ها در فیزیک پزشکی و تصویربرداری هسته‌ای از پیشرفت‌های فیزیک هسته‌ای و ذرات ناشی می‌شوند، اما آوردن آخرین ایده‌های جدید به پزشکی دشوار است. من اکنون بهتر می‌دانم چرا چنین است – تغییر رویه‌های پزشکی آزموده‌شده و پروتکل‌های درمانی رسمی بسیار پیچیده‌تر از تعویض یک آشکارساز بهتر است – اما من هنوز از دشواری نفوذ در بخش و مشارکت ناامید هستم. در تحقیقات مشارکتی.»

در حالی که لانگ قبلاً تلاش کرده بود آشکارسازهای پزشکی بسازد، او اذعان می‌کند که او و سایر فیزیکدانان ذرات ممکن است در معرفی فناوری‌های جدید در محیط بیمارستانی کاملاً کنترل‌شده مرتکب ساده لوحی یا حتی تکبر شوند. با این حال، برای این کار جدید، گروهی از فیزیکدانان پزشکی از او خواستند که رهبری یک پروژه تحقیقاتی را به عهده بگیرد که به تخصص او در ساخت آشکارسازهای ذرات نیاز داشت. لانگ می‌گوید: «هنوز به تحقیقاتم در زمینه فیزیک نوترینو ادامه می‌دهم، اما معتقدم آنچه که می‌توانیم ارائه دهیم آنقدر منحصر به فرد و ارزشمند است که می‌خواستم در آن شرکت کنم. "همانطور که بیشتر یاد گرفتم، بیشتر مجذوب شدم و واقعاً به ایده درمان های FLASH علاقه مند شدم."

در حالی که برای بهینه‌سازی تکنیک تصویربرداری درون پرتو برای استفاده بالینی به کار بیشتری نیاز است، لانگ معتقد است که در کوتاه‌مدت می‌تواند یک ابزار تحقیقاتی ارزشمند برای کمک به درک اثر FLASH ارائه دهد. او می‌گوید: «هیچ‌کس واقعاً نمی‌داند چرا FLASH کار می‌کند یا دقیقاً از کدام پارامترهای پرتو برای دستیابی به بهترین نتایج استفاده می‌شود. این به من کاملاً عمیقاً نشان می دهد که ما به طور کامل نمی دانیم که چگونه تشعشع با بافت سالم یا سرطانی تعامل می کند.

لانگ استدلال می‌کند که با این ابزار جدید، می‌توان مکانیسم‌های فیزیکی موجود در طول درمان فلش را کشف کرد. او می‌گوید: «این تکنیک می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم بدن انسان پس از تابش چنین انفجارهای شدید انرژی چگونه واکنش نشان می‌دهد. "این روشی را برای کشف اثرات وابسته به زمان تابش ارائه می دهد، که به نظر من قبلاً به طور سیستماتیک انجام نشده است."

با این حال، درازمدت‌تر، هدف ایجاد یک روش درمانی هدایت‌شده با تصویر است که اثرات هر پرتودهی را برای اطلاع‌رسانی و به‌روزرسانی درمان‌های بعدی اندازه‌گیری می‌کند. چنین رویکردهای تطبیقی ​​با پروتکل‌های درمانی مرسوم، که در آن دوزهای کوچک‌تر در حدود 30 جلسه روزانه ارائه می‌شوند، غیرعملی هستند، اما می‌توانند با درمان‌های FLASH که ممکن است تنها به چند دوز برای ارائه انرژی کافی برای ریشه‌کن کردن سرطان نیاز داشته باشند، قابل دوام‌تر باشند.

لانگ می‌گوید: «بررسی اثرات هر تابش به طور کامل پویایی، تدارکات و نتایج درمان را تغییر می‌دهد. این پروتکل‌های تطبیقی ​​FLASH، همراه با درک بهتر تعاملات بین پروتون‌های پرانرژی و بدن انسان، می‌توانند تأثیری انقلابی بر نتایج بیمار داشته باشند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/