Platform sinar-X dengan kecepatan dosis sangat tinggi disiapkan untuk penelitian radiobiologi FLASH – Dunia Fisika

<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="Eksperimen beamline pertama Penulis pertama Nolan Esplen di Stasiun Penelitian Iradiasi FLASH di TRIUMF. (Atas izin: Luca Egoriti)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- line-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

Para peneliti di Kanada telah mengkarakterisasi platform iradiasi sinar-X untuk studi radiobiologis radioterapi FLASH – sebuah teknik pengobatan kanker baru yang menggunakan iradiasi laju dosis sangat tinggi (UHDR). Platform tersebut, yang dijuluki Stasiun Penelitian Iradiasi FLASH di TRIUMF, atau “FIRST”, dapat mengirimkan sinar X-ray 10 MV dengan laju dosis melebihi 100 Gy/s.

Terletak di garis pancaran ARIEL di KEMENANGAN, pusat akselerator partikel Kanada, FIRST saat ini merupakan satu-satunya platform iradiasi sejenis di Amerika Utara. Secara global, ada dua garis pancaran sinar-X megavoltase UHDR eksperimental: satu di TRIUMF di Vancouver dan satu lagi di Chengdu, di laser elektron bebas terahertz Akademi Teknik Fisika China.

Sinar-X megavoltase memerlukan spesifikasi akselerator yang sederhana bila dibandingkan dengan modalitas lain yang digunakan untuk mengobati tumor yang tertanam dalam, kata para peneliti, dan FIRST dapat menawarkan iradiasi UHDR dan megavoltase konvensional pada garis pancaran umum.

“Ada kesenjangan dalam ketersediaan sumber sinar X dengan dosis sangat tinggi; ini merupakan kebutuhan yang belum terpenuhi di lapangan, dan tidak ada platform komersial yang tersedia untuk menyalurkan radiasi jenis ini secara rutin,” jelasnya. Nolan Esplen, seorang peneliti pascadoktoral di MD Anderson Cancer Center. “Proyek kolaboratif multi-tahun ini [dengan TRIUMF] …merupakan peluang untuk memanfaatkan laboratorium unik ini dengan akses ke linac elektron superkonduktor energi tinggi untuk menghasilkan jenis radiasi yang ingin kita lihat dalam penelitian radiobiologi FLASH.”

Esplen melakukan eksperimen karakterisasi PERTAMA saat dia menjadi mahasiswa pascasarjana di University of Victoria bekerja di Lab XCITE. Studi terbaru tim peneliti, dipublikasikan di Nature Laporan Ilmiah, menyajikan karakterisasi komprehensif percobaan praklinis PERTAMA dan awal. Karya simulasi diterbitkan pada tahun 2022 di Fisika dalam Kedokteran & Biologi.

“Kami telah terlibat dalam iradiasi dengan tingkat dosis sangat tinggi selama beberapa waktu sekarang,” kata direktur Lab XCITE Magdalena Bazalova-Carter. “Kami mulai berbicara dengan orang-orang di TRIUMF tentang beamline ARIEL, dan bagaimana jika kami membuat target untuk beamline ini, tingkat dosis sinar X seperti apa yang akan kami dapatkan. Begitulah semuanya dimulai.”

PERTAMA yang pertama

Para peneliti mengeksplorasi subset parameter sinar yang tersedia dan relevan secara klinis untuk mengkarakterisasi FIRST dalam UHDR dan operasi laju dosis konvensional. Mereka menetapkan energi berkas elektron pada 10 MeV untuk memaksimalkan laju dosis dan menargetkan umur panjang, dan mengatur arus berkas (arus puncak) antara 95 dan 105 µA. Tingkat dosis dihitung menggunakan dosimetri film.

Laju dosis di atas 40 Gy/s dicapai hingga kedalaman 4.1 cm untuk ukuran lapangan 1 cm. Dibandingkan dengan sinar klinis 10 MV, FIRST menawarkan pengurangan penumpukan dosis superfisial. Dibandingkan dengan sumber elektron berenergi rendah, FIRST menawarkan penurunan dosis yang lebih bertahap melebihi d_max (kedalaman dosis maksimum). Tim mencatat bahwa adanya gradien kedalaman-dosis yang curam menyebabkan masalah heterogenitas dosis yang saat ini membatasi penerapan pada pekerjaan praklinis. Keterbatasan stabilitas sumber menyebabkan variasi arus dan dosis.

Berdasarkan studi karakterisasi, para peneliti kemudian menggunakan FIRST untuk mengirimkan UHDR (di atas 80 Gy/s) dan iradiasi sinar-X konvensional dengan dosis rendah ke paru-paru tikus sehat. Mereka berhasil memberikan dosis 15 dan 30 Gy hingga 10% dari resep pada kedalaman 1 cm. Efek ketidakhomogenan jaringan paru-paru tidak dikoreksi (studi desain kelompok menunjukkan gangguan yang dapat diabaikan pada energi berkas megavoltase). Keluaran sumber elektron dan varian dosimetri film mendominasi ketidakpastian dalam pengukuran dosis pra-perawatan.

Pelajaran yang dipetik

Ruang fisik tempat FIRST berada pada awalnya dimaksudkan – dan masih berfungsi sebagai – tempat pembuangan berkas (tempat berkas partikel bermuatan dapat diserap dengan aman). Hal ini menimbulkan beberapa tantangan desain unik untuk FIRST.

“Tidak ada dasar untuk melakukan apa yang kami lakukan, dan ini juga merupakan peluang pengembangan bagi TRIUMF. Banyak orang belajar tentang sistem ini, serta perbedaan jenis penyampaian ini dan hal-hal yang kami lakukan dengan baik, serta apa yang dapat kami lakukan dengan lebih baik di masa depan,” kata Esplen. “Dengan fakta bahwa fasilitas ini sedang dikembangkan, kami merupakan peluang sains pertama – ini adalah lingkungan yang sangat dinamis. Kami memiliki beberapa kolaborator dan ahli fisika sinar yang sangat berbakat yang bekerja untuk mengatur semua parameter optik garis pancaran sehingga kami dapat menghasilkan sinar dispersif minimal dengan ukuran yang tepat pada target.”

Pada saat percobaan para peneliti, hanya satu pasangan hantu atau satu tikus yang dapat disinari setiap 45 menit setelah memperhitungkan pengaturan platform, pengiriman, dan penutupan. Dan setelah setiap penyesuaian dilakukan pada garis pancaran dan pancaran itu sendiri, para peneliti harus menyetel ulang pancaran untuk memastikan keluaran dan dosimetrinya.

Dapatkah tabung sinar-X konvensional memberikan tingkat dosis FLASH?

“Ceritanya berbeda dengan fisika medis klinis. Saat Anda menjalankan eksperimen pada linac di rumah sakit, satu orang dapat menangani keseluruhan eksperimen…Ini adalah situasi yang sangat berbeda,” kata Bazalova-Carter. “Lima orang harus menjalankan beamline [untuk eksperimen ini] untuk memantau semua layar – dan meskipun sejauh ini tidak semuanya digunakan untuk eksperimen kami, saya rasa saya menghitung 113 layar di ruang kontrol…Cukup menarik bahwa kami bisa mendapatkan kesepakatan dosis yang sangat baik antara simulasi dan eksperimen Monte Carlo, mengingat betapa menantangnya eksperimen ini.”

Meskipun ada banyak kendala, keunggulan platform FIRST mencakup kontrol atas parameter sumber utama, termasuk frekuensi pengulangan pulsa, arus puncak, energi pancaran, dan daya rata-rata.

“Kami adalah pengguna pertama beamline ARIEL,” Bazalova-Carter merefleksikan. “Sungguh sangat memuaskan, setelah bertahun-tahun mengerjakan proyek ini, untuk benar-benar dapat menjalankan eksperimen iradiasi pada tikus.”

Sebuah studi tindak lanjut radiobiologis akan dilakukan.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/