Dispositifs de physique des hautes énergies adaptés à la dosimétrie FLASH électronique

La surveillance et le contrôle du rayonnement délivré à chaque patient sont de la plus haute importance en radiothérapie. Il s'agit d'un défi actuel dans les modalités émergentes à très haut débit de dose telles que la radiothérapie électronique FLASH (eFLASH).

La radiothérapie FLASH délivre des rayonnements à des débits de dose ultra-élevés, raccourcissant la durée du traitement et améliorant la préservation des tissus par rapport à la radiothérapie conventionnelle.

"L'une des choses que nous devons élucider [avec FLASH] est quel est le mécanisme biologique derrière l'effet d'épargne et comment cela dépend-il de la façon dont nous délivrons ces débits de dose ultra-élevés. Pour déterminer que nous devons savoir exactement ce que nous livrons », explique Emil Schuler du Université du Texas MD Anderson Cancer Center. « Il semble important de bien comprendre les paramètres exacts de chaque impulsion délivrée. Jusqu'à ce que nous en sachions plus, nous devons avoir ce type de compréhension détaillée de nos livraisons, et c'est là que l'équipement conventionnel s'est avéré sous-optimal.

En radiothérapie conventionnelle, la délivrance du rayonnement est surveillée à l'aide de chambres à ions de transmission. Alors que des paires d'ions se recombinent occasionnellement dans ces dosimètres, la recombinaison d'ions ne représente qu'un petit pourcentage des mesures (moins de 5 %) et ces événements peuvent être pris en compte à l'aide de modèles et de facteurs de correction. Cependant, dans les faisceaux eFLASH à haut débit de dose, plus de 90 % des paires d'ions peuvent se recombiner, les modèles conventionnels qui corrigent la recombinaison des paires d'ions se décomposent, et la surveillance et le contrôle précis des faisceaux deviennent difficiles, voire impossibles.

Dirigé par Schüler et Sam Beddar, une équipe de chercheurs de MD Anderson a récemment décrit un moyen de surmonter les défis inhérents à la surveillance des faisceaux eFLASH. Leur solution trouve ses racines dans les expériences de physique des hautes énergies.

Transformateurs de courant de faisceau pour FLASH

Dans leur étude, rapportée dans le Journal de physique médicale clinique appliquée, les chercheurs présentent un système intégré de transformateurs de courant de faisceau (BCT) pour surveiller les faisceaux de rayonnement produits par le Mobétron système, un accélérateur linéaire de thérapie électronique commercial fabriqué par IntraOp.

Les BCT, qui étaient à l'origine utilisés dans les lignes de lumière des expériences de physique des hautes énergies, mesurent le courant induit des électrons qui les traversent. S'appuyant sur le travail effectué à Université de Lausanne, les ingénieurs d'IntraOp ont repensé la tête Mobetron pour accueillir deux BCT : l'un situé après la feuille de diffusion principale ; l'autre, en aval de la feuille de diffusion secondaire.

Les chercheurs de MD Anderson ont ensuite caractérisé de manière approfondie la réponse du BCT aux faisceaux d'électrons à ultra-haut débit de dose à 6 et 9 MeV. Ils ont surveillé la sortie du faisceau dans différentes configurations dosimétriques et avec différentes collimations en fonction de la dose, des conditions de diffusion et des paramètres physiques du faisceau, notamment la largeur d'impulsion, la fréquence de répétition des impulsions et la dose par impulsion. Les évaluations dosimétriques ont été réalisées avec le film GafChromic EBT3, un dosimètre standard qui donne des lectures de dose totale indépendamment du débit de dose. Des études expérimentales ont été réalisées trois fois pour assurer la répétabilité et la reproductibilité.

L'équipe a conclu que les BCT peuvent surveiller avec précision les faisceaux eFLASH, quantifier les performances de l'accélérateur et capturer les paramètres physiques essentiels du faisceau impulsion par impulsion.

Maintenant, ils étudient la source et les moyens de corriger les niveaux de rétrodiffusion différentiels plus élevés mesurés dans le BCT supérieur par rapport au BCT inférieur. Ces écarts ont été mesurés en dehors de la plage des paramètres cliniques probables du faisceau eFLASH. L'équipe de Schüler et Beddar développe également des méthodes pour mesurer la planéité et la symétrie du faisceau, qui à ce jour ne peuvent pas être mesurées avec les BCT.

Photons, protons ou électrons : qui apportera la radiothérapie FLASH à la clinique ?

L'objectif primordial de cette recherche, dit Schüler, est de s'assurer que les radiophysiciens peuvent fournir des traitements de radiothérapie eFLASH avec exactitude et précision.

"Il s'agit vraiment de s'assurer que nous pouvons garantir une traduction clinique sûre et robuste de cette technologie", déclare Schüler. « Pour les physiciens médicaux, cela sort un peu de notre zone de confort… sortir de l'équipement standard que nous utilisons maintenant, alors que la radiothérapie FLASH devient une réalité. Nous essayons également de développer la technologie des chambres d'ionisation pour ces débits de dose ultra-élevés, mais pour la surveillance [des faisceaux], en particulier en ce qui concerne les lignes de faisceaux d'électrons, il est peu probable que nous puissions utiliser les chambres de transmission de la même manière que nous auparavant avec la radiothérapie à débit de dose conventionnelle.

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• La source: https://physicsworld.com/a/high-energy-physics-devices-adapted-for-electron-flash-dosimetry/