कण भौतिकी फ्लैश प्रोटॉन थेरेपी - फिजिक्स वर्ल्ड पर नए विचार प्रस्तुत करती है

<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="छवि-निर्देशित फ़्लैश की ओर करोल लैंग और उनके सहयोगियों द्वारा विकसित एक पीईटी स्कैनर बीम वितरित होने के दौरान प्रोटॉन थेरेपी के प्रभावों को देख और माप सकता है। (सौजन्य: मारेक प्रोगा, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय)">

कण भौतिकी में सबसे महत्वाकांक्षी प्रयोगों के लिए मूल रूप से बनाई गई निर्णायक प्रौद्योगिकियों ने अक्सर चिकित्सा उपचार और निदान में नवाचारों को गति दी है। त्वरक और बीमलाइन इंजीनियरिंग में प्रगति ने कैंसर के इलाज के लिए अत्यधिक प्रभावी रणनीतियों के विकास में सहायता की है, जबकि सबसे मायावी कणों को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए डिटेक्टरों ने मानव शरीर की आंतरिक कार्यप्रणाली को देखने के नए तरीके पेश किए हैं।

हाल के एक विकास में, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के प्रायोगिक कण भौतिक विज्ञानी करोल लैंग के नेतृत्व में एक अमेरिकी-आधारित शोध दल ने पहली बार उपलब्धि हासिल की है फ्लैश प्रोटॉन थेरेपी के प्रभावों की वास्तविक समय इमेजिंग बीम की डिलीवरी से पहले, उसके दौरान और बाद में। ये उभरते हुए फ्लैश उपचार बेहद कम समय में अल्ट्राहाई खुराक प्रदान करते हैं, जो स्वस्थ ऊतकों को कम नुकसान पहुंचाते हुए कैंसर कोशिकाओं को प्रभावी ढंग से खत्म कर सकते हैं। फ्लैश उपचार के लिए छोटे उपचार चक्रों में कम विकिरण की आवश्यकता होती है, जिससे अधिक रोगियों को प्रोटॉन थेरेपी से लाभ मिल सकेगा और विकिरण से संबंधित दुष्प्रभावों का खतरा काफी कम हो जाएगा।

अनुसंधान टीम, जिसमें ह्यूस्टन में एमडी एंडरसन प्रोटॉन थेरेपी सेंटर के चिकित्सा भौतिक विज्ञानी भी शामिल हैं, ने पॉज़िट्रॉन-एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) के लिए एक उद्देश्य-डिज़ाइन किए गए स्कैनर का उपयोग करके छवियां तैयार कीं, एक तकनीक जो 1970 के दशक में सीईआरएन में अग्रणी प्रयोगों से उभरी थी। . मानव रोगी के लिए सरोगेट के रूप में कार्य करने वाले पांच अलग-अलग प्रेत का उपयोग करते हुए, टीम ने प्रोटॉन किरण की तीव्र शुरुआत और विकिरण के 20 मिनट बाद तक इसके प्रभाव दोनों की छवि बनाने के लिए अपने अनुकूलित पीईटी उपकरण का उपयोग किया।

लैंग बताते हैं, "प्रोटॉन द्वारा विकिरण शरीर में अल्पकालिक आइसोटोप पैदा करता है जो कई मामलों में पॉज़िट्रॉन उत्सर्जक होते हैं।" “फ्लैश प्रोटॉन थेरेपी के साथ बीम उच्च पॉज़िट्रॉन तीव्रता उत्पन्न करता है, जो सिग्नल की ताकत को बढ़ाता है। यहां तक ​​कि छोटे पीईटी डिटेक्टर सरणियों के साथ भी हम छवियां बनाने और आइसोटोप की प्रचुरता और समय के साथ उनके विकास दोनों को मापने में सक्षम थे।

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="छोटा लेकिन शक्तिशाली पीईटी स्कैनर में उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टर ऐरे अपेक्षाकृत छोटे होते हैं, लेकिन फ्लैश बीम की तीव्रता छवियों का उत्पादन करना और आइसोटोप की प्रचुरता को मापना संभव बनाती है। (सौजन्य: मारेक प्रोगा, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय)” शीर्षक=”पॉपअप में छवि खोलने के लिए क्लिक करें” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

इन प्रमाण-सिद्धांत प्रयोगों के दौरान दर्ज किए गए मापों से पता चलता है कि एक इन-बीम पीईटी स्कैनर प्रोटॉन थेरेपी उपचार के लिए वास्तविक समय इमेजिंग और डोसिमेट्री प्रदान कर सकता है। टीम त्वरित गामा का पता लगाकर प्रोटॉन बीम की तीव्रता निर्धारित करने में भी सक्षम थी - ऐसा नाम इसलिए दिया गया क्योंकि वे बहुत कम समय में नाभिक के क्षय से उत्पन्न होते हैं - प्रोटॉन बीम के निष्कर्षण के दौरान उत्पन्न होते हैं। उपकरण में थोड़े से संशोधन के साथ, लैंग का मानना ​​है कि प्रोटॉन बीम का स्नैपशॉट प्राप्त करने के लिए त्वरित गामा को मापा जा सकता है, पीईटी का उपयोग बीम वितरित होने के बाद आइसोटोप के विकास का पालन करने के लिए किया जाता है।

वे कहते हैं, "ये नतीजे बताते हैं कि क्लिनिकल सेटिंग में उपयोगी माप प्रदान करने के लिए तकनीक के लिए प्रयोगात्मक सेट-अप में सुधार करना सिर्फ एक मामला होगा।" "निश्चित रूप से हम जानते हैं कि अभी भी बहुत सारे प्री-क्लिनिकल परीक्षण की आवश्यकता होगी, लेकिन इस स्तर पर यह स्पष्ट है कि तकनीक के लिए कोई शोस्टॉपर नहीं हैं।"

लैंग और उनके सहयोगियों ने प्रकाशित दो पत्रों में अपने दृष्टिकोण और परिणामों का वर्णन किया है चिकित्सा एवं जीव विज्ञान में भौतिकी (पीएमबी), जिनमें से दोनों का उपयोग निःशुल्क है। शोधकर्ताओं को एक उभरते प्रकाशन मॉडल से भी लाभ हुआ, जिसे परिवर्तनकारी समझौता कहा जाता है, जिसने उन्हें सामान्य लेख प्रकाशन शुल्क का भुगतान किए बिना दोनों लेखों को खुली पहुंच में प्रकाशित करने की अनुमति दी।

इन तथाकथित परिवर्तनकारी समझौतों के तहत, इस मामले में आईओपी पब्लिशिंग और यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्सास सिस्टम के बीच, शैक्षणिक समूह के भीतर किसी भी संस्थान के शोधकर्ता अनुसंधान सामग्री तक पहुंच सकते हैं और अपना काम नि:शुल्क प्रकाशित कर सकते हैं। दरअसल, आईओपी पब्लिशिंग - जो मेडिसिन में भौतिकी और इंजीनियरिंग संस्थान की ओर से पीएमबी प्रकाशित करता है - अब परिवर्तनकारी समझौते हुए हैं 900 अलग-अलग देशों में 33 से अधिक संस्थानों के साथ, यह वैज्ञानिक पत्रिकाओं के अपने पोर्टफोलियो के सभी नहीं तो अधिकांश में मुफ्त पहुंच और प्रकाशन प्रदान करता है।

इन पढ़ने-और-प्रकाशित समझौतों का उद्देश्य ओपन-एक्सेस प्रकाशन में संक्रमण को तेज करना है, क्योंकि यह शोधकर्ताओं को प्रकाशन शुल्क के लिए अपने स्वयं के धन का स्रोत बनाने की आवश्यकता से बचाता है। लैंग के लिए, कोई भी कदम जो विज्ञान को खोलता है और विभिन्न समुदायों को सहयोग करने में सक्षम बनाता है, अन्य विषयों से नए विचारों को ट्रिगर करने में मदद करेगा जो भविष्य के नवाचार को बढ़ावा देगा। वे कहते हैं, "अगर मुझे कोई दिलचस्प पेपर मिलता है, जिसे मैं एक्सेस नहीं कर सकता, खासकर अगर वह किसी अलग क्षेत्र में हो, तो मुझे कुछ जानकारी याद आ रही है जो मेरे काम में मदद कर सकती है।" "खुली और मुफ़्त जानकारी हमारी प्रगति के लिए आवश्यक है।"

कण भौतिकी में अपने स्वयं के अनुभवों से, लैंग ने उन लाभों को देखा है जो एक खुली और सहयोगात्मक अनुसंधान संस्कृति से उभर सकते हैं। वे कहते हैं, "कण भौतिकी में हर कोई अपने सर्वोत्तम विचार और उपलब्धियाँ साझा करता है, और लोग नए विचारों को विकसित करने और उनका फायदा उठाने के विभिन्न तरीके खोजने में शामिल होना चाहते हैं।" "उस सहयोगात्मक मानसिकता के बिना CERN, फ़र्मिलाब और अन्य जगहों पर हमने जो सफलताएँ देखी हैं, वे घटित नहीं होतीं।"

<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="कस्टम डिजाइन करोल लैंग (बीच में) इंजीनियर मारेक प्रोगा (बाएं) और पोस्ट-डॉक्टर शोधकर्ता जॉन सीजर और टीम द्वारा विकसित उद्देश्य-निर्मित पीईटी स्कैनर के साथ। जब मरीज का इलाज किया जा रहा हो तो स्कैनर का कॉन्फ़िगरेशन इन-बीम माप प्रदान करता है। (सौजन्य: माइकल गजडा, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय) फ़्लैश-प्रोटॉन-थेरेपी-भौतिकी-विश्व-2024.jpg पर नए विचार">

हालाँकि, यह स्पष्ट है कि लैंग इस बात से निराश हैं कि चिकित्सा समुदाय के कुछ लोग नए विचारों के प्रति कम खुले विचारों वाले प्रतीत होते हैं, विशेषकर ऐसे भौतिक विज्ञानी से जिनके पास कोई पूर्व नैदानिक ​​​​अनुभव नहीं है। "हम जानते हैं कि चिकित्सा भौतिकी और परमाणु इमेजिंग में कई बेहतरीन प्रौद्योगिकियां कण और परमाणु भौतिकी में प्रगति से आती हैं, लेकिन चिकित्सा में नवीनतम नए विचारों को लाना कठिन है," वे कहते हैं। "मैं अब बेहतर ढंग से समझता हूं कि ऐसा क्यों है - आजमाई हुई और भरोसेमंद चिकित्सा प्रक्रियाओं और औपचारिक उपचार प्रोटोकॉल को बदलना एक बेहतर डिटेक्टर में स्वैप करने की तुलना में कहीं अधिक जटिल है - लेकिन मैं अभी भी इस बात से निराश हूं कि इस क्षेत्र में प्रवेश करना और संलग्न होना कितना मुश्किल है सहयोगात्मक अनुसंधान में।

जबकि लैंग ने पहले मेडिकल डिटेक्टर बनाने का प्रयास किया है, वह स्वीकार करते हैं कि जब कसकर नियंत्रित अस्पताल के वातावरण में नई प्रौद्योगिकियों को पेश करने की बात आती है तो वह और अन्य कण भौतिक विज्ञानी भोलेपन या यहां तक ​​कि अहंकार के दोषी हो सकते हैं। हालाँकि, इस नए काम के लिए, चिकित्सा भौतिकविदों के एक समूह ने उन्हें एक शोध परियोजना का नेतृत्व करने के लिए कहा, जिसके लिए कण डिटेक्टरों के निर्माण में उनकी विशेषज्ञता की आवश्यकता थी। लैंग कहते हैं, "मैं अभी भी न्यूट्रिनो भौतिकी में अपना शोध जारी रख रहा हूं, लेकिन मेरा मानना ​​है कि हम जो पेशकश कर सकते हैं वह इतना अनोखा और सार्थक है कि मैं इसमें शामिल होना चाहता था।" "जैसे-जैसे मैंने और अधिक सीखा, मैं और अधिक उत्सुक हो गया और वास्तव में फ्लैश उपचार के विचार से जुड़ गया।"

जबकि नैदानिक ​​​​उपयोग के लिए इन-बीम इमेजिंग तकनीक को अनुकूलित करने के लिए अधिक काम की आवश्यकता होगी, लैंग का मानना ​​​​है कि अल्पावधि में यह फ्लैश प्रभाव को समझने में मदद करने के लिए एक मूल्यवान शोध उपकरण प्रदान कर सकता है। "कोई भी वास्तव में नहीं जानता कि फ्लैश क्यों काम करता है, या सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त करने के लिए वास्तव में किस बीम पैरामीटर का उपयोग किया जाना चाहिए," वे कहते हैं। "इससे मुझे काफी गहराई से पता चलता है कि हम पूरी तरह से नहीं समझते हैं कि विकिरण स्वस्थ या कैंसरग्रस्त ऊतकों के साथ कैसे संपर्क करता है।"

लैंग का तर्क है कि इस नए उपकरण के साथ, फ़्लैश उपचार के दौरान चल रहे भौतिक तंत्र का पता लगाना संभव होगा। वे कहते हैं, "यह तकनीक हमें यह समझने में मदद कर सकती है कि ऊर्जा के इतने तीव्र विस्फोट के बाद मानव शरीर कैसे प्रतिक्रिया करता है।" "यह विकिरण के समय-निर्भर प्रभावों का पता लगाने का एक तरीका प्रदान करता है, जो मुझे लगता है कि पहले व्यवस्थित रूप से नहीं किया गया है।"

हालाँकि, दीर्घावधि में, उद्देश्य एक छवि-निर्देशित उपचार पद्धति बनाना है जो बाद के उपचारों को सूचित और अद्यतन करने के लिए प्रत्येक विकिरण के प्रभावों को मापेगा। इस तरह के अनुकूली दृष्टिकोण पारंपरिक उपचार प्रोटोकॉल के साथ अव्यावहारिक हैं, जिसमें लगभग 30 दैनिक सत्रों में छोटी खुराक दी जाती है, लेकिन फ्लैश उपचार के साथ यह अधिक व्यवहार्य हो सकता है, जिसमें कैंसर को खत्म करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करने के लिए केवल कुछ खुराक की आवश्यकता हो सकती है।

लैंग कहते हैं, "प्रत्येक विकिरण के प्रभावों की जांच करने से उपचार की गतिशीलता, रसद और परिणाम पूरी तरह से बदल जाएंगे।" "ऊर्जावान प्रोटॉन और मानव शरीर के बीच बातचीत की बेहतर समझ के साथ, ऐसे अनुकूली फ्लैश प्रोटोकॉल रोगी के परिणामों पर क्रांतिकारी प्रभाव डाल सकते हैं।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/