پلت فرم پرتو ایکس با دز فوق العاده بالا برای تحقیقات رادیوبیولوژیکی FLASH - دنیای فیزیک

<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="اولین آزمایش های خط پرتو اولین نویسنده نولان اسپلن در ایستگاه تحقیقاتی تابش FLASH در TRIUMF. (با احترام: Luca Egoriti)” title=”برای باز کردن تصویر در پنجره بازشو کلیک کنید” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

محققان کانادایی یک پلت فرم تابش اشعه ایکس را برای مطالعات رادیوبیولوژیکی پرتودرمانی FLASH - یک روش نوظهور درمان سرطان که از تابش با دوز فوق العاده بالا (UHDR) استفاده می کند، مشخص کرده اند. این پلت فرم که ایستگاه تحقیقاتی FLASH تابش در TRIUMF یا "FIRST" نامیده می شود، می تواند پرتوهای پرتو ایکس 10 MV را با نرخ دوز بیش از 100 گری بر ثانیه ارسال کند.

واقع در خط پرتو ARIEL در TRIUMFمرکز شتاب دهنده ذرات کانادا، FIRST در حال حاضر تنها پلتفرم تابش در نوع خود در آمریکای شمالی است. در سطح جهانی، دو خط پرتو ایکس مگاولتاژ UHDR وجود دارد: یکی در TRIUMF در ونکوور و دیگری در چنگدو، در لیزر الکترون آزاد تراهرتز آکادمی مهندسی فیزیک چین.

محققان می گویند که اشعه ایکس مگاولتاژ در مقایسه با سایر روش های مورد استفاده برای درمان تومورهای عمیق نیاز به مشخصات شتاب دهنده متوسطی دارد و FIRST می تواند هم UHDR و هم تابش مگاولتاژ معمولی را در یک خط پرتو مشترک ارائه دهد.

شکافی در دسترسی به منابع پرتو ایکس با دوز فوق العاده بالا وجود دارد. این به نوعی یک نیاز برآورده نشده در این زمینه است، و هیچ پلت فرم تجاری برای ارائه این نوع تشعشع به طور معمول وجود ندارد. نولان اسپلن، محقق فوق دکترا در مرکز سرطان MD Anderson. "این پروژه چند ساله مشترک [با TRIUMF] ... فرصتی برای استفاده از این آزمایشگاه منحصربه‌فرد با دسترسی به یک شبکه الکترونی ابررسانا با انرژی بالا برای تولید نوع تابشی بود که می‌خواهیم برای تحقیقات رادیوبیولوژیکی FLASH به آن نگاه کنیم."

اسپلن اولین آزمایش های شخصیت پردازی را زمانی که دانشجوی کارشناسی ارشد بود انجام داد دانشگاه ویکتوریا کار در آزمایشگاه XCITE. آخرین مطالعه تیم تحقیقاتی که در طبیعت گزارش علمی، توصیف جامعی از آزمایشات بالینی اولیه و اولیه ارائه می دهد. کار شبیه سازی در سال 2022 منتشر شد فیزیک در پزشکی و زیست شناسی.

مدیر آزمایشگاه XCITE می‌گوید: «ما مدت‌هاست که درگیر تابش‌های با دز بسیار بالا بوده‌ایم. ماگدالنا بازالوا-کارتر. ما شروع به صحبت با افراد در TRIUMF در مورد خط پرتو ARIEL کردیم، و اینکه چگونه اگر هدفی برای این خط پرتو بسازیم، چه نوع نرخ دوز اشعه ایکس را دریافت خواهیم کرد. همه چیز اینگونه شروع شد.»

اولین های FIRST

محققان زیرمجموعه‌ای از پارامترهای پرتو در دسترس و مرتبط بالینی را برای مشخص کردن FIRST تحت UHDR و عملیات نرخ دوز معمولی بررسی کردند. آنها انرژی پرتو الکترونی را در 10 مگا ولت ثابت کردند تا نرخ دوز و طول عمر هدف را به حداکثر برسانند و جریان پرتو (پیک جریان) را بین 95 و 105 میکروآمپر تنظیم کردند. میزان دوز با استفاده از دزیمتری فیلم محاسبه شد.

نرخ دوز بالای 40 گری در ثانیه در عمق 4.1 سانتی متری برای اندازه میدان 1 سانتی متری به دست آمد. در مقایسه با یک پرتو بالینی 10 MV، FIRST کاهش دوز سطحی را ارائه داد. نسبت به منابع الکترونی کم انرژی، FIRST کاهش تدریجی دوز را فراتر از d ارائه کرد._حداکثر (عمق حداکثر دوز). این تیم خاطرنشان می کند که وجود شیب های عمقی-دوز سطحی تند منجر به مسائل ناهمگونی دوز شده است که در حال حاضر کاربردها را به کارهای پیش بالینی محدود می کند. محدودیت های پایداری منبع منجر به تغییرات در جریان و دوز شد.

محققان با اطلاع از مطالعات توصیف، ابتدا از FIRST برای ارسال UHDR (بالاتر از 80 گری بر ثانیه) و تابش اشعه ایکس معمولی با دز پایین به ریه‌های موش‌های سالم استفاده کردند. آنها با موفقیت دوزهای 15 و 30 گری را تا 10 درصد از نسخه در عمق 1 سانتی متری تحویل دادند. اثرات ناهمگونی بافت ریه برای اصلاح نشد (مطالعه طراحی گروه به اختلالات ناچیز در انرژی های پرتو مگاولتاژ اشاره کرد). خروجی منبع الکترونی و واریانس دزیمتری فیلم بر عدم قطعیت‌ها در اندازه‌گیری دوز قبل از درمان غالب بودند.

درس های آموخته شده

فضای فیزیکی که FIRST در آن قرار دارد، در ابتدا هدف قرار داشت - و هنوز هم به عنوان یک تخلیه پرتو عمل می کند (جایی که پرتوی از ذرات باردار را می توان با خیال راحت جذب کرد). که منجر به چالش های طراحی منحصر به فرد برای FIRST شد.

هیچ مبنایی برای انجام کاری که ما انجام می‌دادیم وجود نداشت، و همچنین یک فرصت توسعه برای TRIUMF بود. بسیاری از مردم در مورد سیستم، و همچنین تفاوت های ظریف برای این نوع تحویل و کارهایی که ما به خوبی انجام دادیم، و کارهایی که می توانستیم در آینده بهتر انجام دهیم، یاد گرفتند. "با این واقعیت که این یک مرکز در حال توسعه است، ما اولین فرصت علمی بودیم - این یک محیط بسیار پویا است. ما تعدادی از همکاران بسیار با استعداد و فیزیکدانان پرتو داریم که برای تنظیم تمام پارامترهای اپتیک خطوط پرتو تلاش کردند تا بتوانیم یک پرتو با اندازه کم پراکنده با اندازه صحیح را به هدف تحویل دهیم.

در زمان انجام آزمایش‌های محققان، تنها یک جفت فانتوم یا یک موش منفرد می‌توانست هر 45 دقیقه پس از محاسبه راه‌اندازی، تحویل و خاموش شدن پلت فرم تحت تابش قرار گیرد. و پس از هر تنظیمی که بر روی خط پرتو و خود پرتو انجام شد، محققان مجبور بودند پرتو را مجددا تنظیم کنند تا خروجی و دزیمتری آن را تأیید کنند.

آیا لوله های اشعه ایکس معمولی می توانند نرخ دوز FLASH را ارائه دهند؟

این یک داستان متفاوت از فیزیک پزشکی بالینی است. بازالوا-کارتر می‌گوید وقتی آزمایش‌هایی را روی یک لیناک در بیمارستان انجام می‌دهید، یک نفر می‌تواند کل آزمایش را انجام دهد... این وضعیت بسیار متفاوت است. «پنج نفر مجبور شدند [برای این آزمایش‌ها] خط پرتو را اجرا کنند تا همه صفحه‌ها را زیر نظر بگیرند – و در حالی که تا حد زیادی از همه آنها برای آزمایش‌های ما استفاده نمی‌شد، فکر می‌کنم 113 صفحه نمایش را در اتاق کنترل شمارش کردم... خیلی جالب بود که ما با توجه به چالش برانگیز بودن این آزمایش‌ها، می‌توان دوز بسیار مناسبی را بین شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌های مونت کارلو به دست آورد.

با وجود چنین موانعی، مزایای پلت فرم FIRST شامل کنترل پارامترهای کلیدی منبع، از جمله فرکانس تکرار پالس، جریان پیک، انرژی پرتو و توان متوسط ​​است.

بازالوا-کارتر می گوید: «ما اولین کاربر خط پرتو ARIEL بودیم. پس از سال‌ها کار روی این پروژه، این که واقعاً بتوانیم آزمایش‌های تابش موش را انجام دهیم، بسیار رضایت‌بخش بود.»

یک مطالعه پیگیری رادیوبیولوژیکی در راه است.

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