कनाडा में शोधकर्ताओं ने फ्लैश रेडियोथेरेपी के रेडियोबायोलॉजिकल अध्ययन के लिए एक एक्स-रे विकिरण मंच की विशेषता बताई है - एक उभरती हुई कैंसर उपचार तकनीक जो अल्ट्राहाई-डोज़ रेट (यूएचडीआर) विकिरण का उपयोग करती है। प्लेटफ़ॉर्म, जिसे TRIUMF में फ़्लैश विकिरण अनुसंधान स्टेशन या "FIRST" कहा जाता है, 10 Gy/s से अधिक की खुराक दर पर 100 MV एक्स-रे बीम प्रदान कर सकता है।
ARIEL बीमलाइन पर स्थित है TRIUMF, कनाडा का कण त्वरक केंद्र, FIRST वर्तमान में उत्तरी अमेरिका में अपनी तरह का एकमात्र विकिरण मंच है। विश्व स्तर पर, दो प्रयोगात्मक यूएचडीआर मेगावोल्टेज एक्स-रे बीमलाइन हैं: एक वैंकूवर में टीआरआईयूएमएफ में और दूसरा चेंग्दू में, चाइना एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग फिजिक्स टेराहर्ट्ज मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर में।
शोधकर्ताओं का कहना है कि गहरे बैठे ट्यूमर के इलाज के लिए उपयोग किए जाने वाले अन्य तरीकों की तुलना में मेगावोल्टेज एक्स-रे को मामूली त्वरक विनिर्देशों की आवश्यकता होती है, और FIRST एक सामान्य बीमलाइन पर यूएचडीआर और पारंपरिक मेगावोल्टेज विकिरण दोनों की पेशकश कर सकता है।
“अल्ट्राहाई-डोज़ रेट एक्स-रे स्रोतों की उपलब्धता में अंतर है; यह क्षेत्र की एक अधूरी आवश्यकता है, और इस प्रकार के विकिरण को नियमित रूप से वितरित करने के लिए कोई व्यावसायिक मंच उपलब्ध नहीं है,'' बताते हैं नोलन एस्प्लेन, एमडी एंडरसन कैंसर सेंटर में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता। "यह बहु-वर्षीय सहयोगात्मक परियोजना [TRIUMF के साथ] ...इस अद्वितीय प्रयोगशाला का लाभ उठाने के लिए एक उच्च-ऊर्जा सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रॉन लाइनैक तक पहुंच के साथ उस प्रकार के विकिरण का उत्पादन करने का एक अवसर था जिसे हम फ्लैश रेडियोबायोलॉजिकल अनुसंधान के लिए देखना चाहते हैं।"
एस्प्लेन ने स्नातक छात्र रहते हुए पहला लक्षण वर्णन प्रयोग किया विक्टोरिया विश्वविद्यालय में काम कर रहा है एक्ससीआईटीई लैब. शोध दल का नवीनतम अध्ययन, में प्रकाशित हुआ प्रकृति वैज्ञानिक रिपोर्ट, FIRST और प्रारंभिक प्रीक्लिनिकल प्रयोगों का एक व्यापक लक्षण वर्णन प्रस्तुत करता है। सिमुलेशन कार्य 2022 में प्रकाशित हुआ था चिकित्सा और जीव विज्ञान में भौतिकी.
XCITE लैब के निदेशक कहते हैं, ''हम पिछले कुछ समय से अल्ट्राहाई-डोज़ दर विकिरण में शामिल हैं।'' मैग्डेलेना बज़ालोवा-कार्टर. “हमने ARIEL बीमलाइन के बारे में TRIUMF में लोगों से बात करना शुरू किया, और अगर हमने इस बीमलाइन के लिए एक लक्ष्य बनाया, तो हमें किस प्रकार की एक्स-रे खुराक दरें मिलेंगी। इस तरह यह सब शुरू हुआ।”
सबसे पहले
शोधकर्ताओं ने यूएचडीआर और पारंपरिक खुराक-दर ऑपरेशन के तहत फर्स्ट को चिह्नित करने के लिए उपलब्ध और चिकित्सकीय रूप से प्रासंगिक बीम मापदंडों के एक सबसेट का पता लगाया। उन्होंने खुराक दरों को अधिकतम करने और दीर्घायु को लक्षित करने के लिए इलेक्ट्रॉन बीम ऊर्जा को 10 MeV पर निर्धारित किया, और बीम करंट (पीक करंट) को 95 और 105 μA के बीच सेट किया। फिल्म डोसिमेट्री का उपयोग करके खुराक दरों की गणना की गई।
40 Gy/s से ऊपर की खुराक दरें 4.1-सेमी क्षेत्र के आकार के लिए 1 सेमी गहराई तक हासिल की गईं। क्लिनिकल 10 एमवी बीम की तुलना में, FIRST ने कम सतही खुराक बिल्डअप की पेशकश की। कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन स्रोतों के सापेक्ष, FIRST ने d से आगे अधिक क्रमिक खुराक में गिरावट की पेशकश कीमैक्स (अधिकतम खुराक की गहराई). टीम का कहना है कि खड़ी सतही गहराई-खुराक ग्रेडिएंट्स की उपस्थिति ने खुराक विविधता के मुद्दों को जन्म दिया है जो वर्तमान में प्रीक्लिनिकल कार्य के लिए अनुप्रयोगों को प्रतिबंधित करता है। स्रोत स्थिरता सीमाओं के कारण करंट और खुराक में भिन्नता हुई।
लक्षण वर्णन अध्ययनों से सूचित होकर, शोधकर्ताओं ने तब स्वस्थ चूहों के फेफड़ों में यूएचडीआर (80 Gy/s से ऊपर) और कम खुराक दर पारंपरिक एक्स-रे विकिरण देने के लिए FIRST का उपयोग किया। उन्होंने 15-सेमी गहराई पर नुस्खे के 30% के भीतर 10 और 1 Gy की खुराक सफलतापूर्वक वितरित की। फेफड़े के ऊतकों की असमानताओं के प्रभावों को ठीक नहीं किया गया (समूह के डिजाइन अध्ययन ने मेगावोल्टेज बीम ऊर्जा पर नगण्य गड़बड़ी की ओर इशारा किया)। इलेक्ट्रॉन स्रोत आउटपुट और फिल्म डोसिमेट्री विचरण पूर्व-उपचार खुराक माप में अनिश्चितताओं पर हावी रहे।
सबक सीखा
वह भौतिक स्थान जिसमें FIRST स्थित है, मूल रूप से उद्देश्यित था - और अभी भी - एक बीम डंप के रूप में कार्य करता है (जहां चार्ज कणों की किरण को सुरक्षित रूप से अवशोषित किया जा सकता है)। इससे FIRST के लिए कुछ अनूठी डिज़ाइन चुनौतियाँ सामने आईं।
“हम जो कर रहे थे उसका कोई आधार नहीं था, और यह TRIUMF के लिए विकास का अवसर भी था। बहुत से लोगों ने सिस्टम के बारे में सीखा, साथ ही इस प्रकार की डिलीवरी की बारीकियों और उन चीजों के बारे में सीखा जो हमने अच्छा किया, और भविष्य में हम क्या बेहतर कर सकते हैं, ”एस्पलेन कहते हैं। “इस तथ्य के साथ कि यह एक ऐसी सुविधा है जिसे विकसित किया जा रहा है, हमारे पास पहला विज्ञान अवसर था - यह एक बहुत ही गतिशील वातावरण है। हमारे पास कुछ अत्यंत प्रतिभाशाली सहयोगी और बीम भौतिक विज्ञानी हैं जिन्होंने बीमलाइन के सभी प्रकाशिकी मापदंडों को निर्धारित करने के लिए काम किया ताकि हम लक्ष्य पर सही आकार का न्यूनतम फैलाने वाला बीम प्रदान कर सकें।
शोधकर्ताओं के प्रयोग के समय, प्लेटफ़ॉर्म सेटअप, डिलीवरी और शटडाउन के हिसाब से हर 45 मिनट में केवल एक प्रेत जोड़ी या एक माउस को विकिरणित किया जा सकता था। और बीमलाइन और बीम में किए गए प्रत्येक समायोजन के बाद, शोधकर्ताओं को इसके आउटपुट और डोसिमेट्री की पुष्टि करने के लिए बीम को फिर से ट्यून करना पड़ा।
क्या पारंपरिक एक्स-रे ट्यूब फ़्लैश खुराक दर प्रदान कर सकते हैं?
“यह क्लिनिकल मेडिकल भौतिकी से एक अलग कहानी है। जब आप किसी अस्पताल में लिनैक पर प्रयोग चलाते हैं, तो एक व्यक्ति पूरे प्रयोग को संभाल सकता है...यह एक बहुत ही अलग स्थिति है,'' बज़ालोवा-कार्टर कहते हैं। "पांच लोगों को सभी स्क्रीनों की निगरानी के लिए [इन प्रयोगों के लिए] बीमलाइन चलानी पड़ी - और जबकि अब तक उनमें से सभी का उपयोग हमारे प्रयोगों के लिए नहीं किया गया था, मुझे लगता है कि मैंने नियंत्रण कक्ष में 113 स्क्रीनों की गिनती की... यह काफी दिलचस्प था कि हम मोंटे कार्लो सिमुलेशन और प्रयोगों के बीच बहुत ही सभ्य खुराक समझौता हो सकता है, यह देखते हुए कि ये प्रयोग कितने चुनौतीपूर्ण हैं।
ऐसी बाधाओं के बावजूद, FIRST प्लेटफ़ॉर्म के फायदों में पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति, पीक करंट, बीम ऊर्जा और औसत शक्ति सहित प्रमुख स्रोत मापदंडों पर नियंत्रण शामिल है।
"हम एआरआईईएल बीमलाइन के पहले उपयोगकर्ता थे," बज़ालोवा-कार्टर प्रतिबिंबित करते हैं। "इस परियोजना पर कई वर्षों तक काम करने के बाद, वास्तव में माउस विकिरण प्रयोगों को चलाने में सक्षम होना बेहद संतोषजनक था।"
एक रेडियोबायोलॉजिकल अनुवर्ती अध्ययन आगामी है।
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/
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