Fisika partikel menawarkan pandangan baru tentang terapi proton FLASH – Dunia Fisika

<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="Menuju FLASH yang dipandu gambar Pemindai PET yang dikembangkan oleh Karol Lang dan rekan-rekannya dapat memvisualisasikan dan mengukur efek terapi proton saat sinar dikirimkan. (Sumber: Marek Proga, Universitas Texas di Austin)”>

Teknologi terobosan yang awalnya diciptakan untuk eksperimen paling ambisius dalam fisika partikel sering kali memicu inovasi dalam perawatan dan diagnosis medis. Kemajuan dalam akselerator dan rekayasa beamline telah membantu pengembangan strategi yang sangat efektif untuk mengobati kanker, sementara detektor yang dirancang untuk menangkap partikel yang paling sulit dipahami telah menawarkan cara baru untuk melihat cara kerja bagian dalam tubuh manusia.

Dalam satu perkembangan baru-baru ini, tim peneliti yang berbasis di AS yang dipimpin oleh Karol Lang, seorang ahli fisika partikel eksperimental di Universitas Texas di Austin, untuk pertama kalinya mencapai pencitraan real-time dari efek terapi proton FLASH sebelum, selama, dan setelah penyerahan berkas. Perawatan FLASH yang sedang berkembang ini memberikan dosis sangat tinggi dalam rentang waktu yang sangat singkat, yang secara efektif dapat membasmi sel kanker sekaligus mengurangi kerusakan pada jaringan sehat. Perawatan FLASH memerlukan iradiasi yang lebih sedikit dengan siklus pengobatan yang lebih pendek, sehingga lebih banyak pasien dapat memperoleh manfaat dari terapi proton dan secara signifikan mengurangi risiko efek samping terkait radiasi.

Tim peneliti, yang juga melibatkan fisikawan medis di MD Anderson Proton Therapy Center di Houston, menghasilkan gambar menggunakan pemindai yang dirancang khusus untuk tomografi emisi positron (PET), sebuah teknik yang muncul dari eksperimen perintis di CERN pada tahun 1970an. . Dengan menggunakan lima hantu berbeda yang bertindak sebagai pengganti pasien manusia, tim memanfaatkan instrumen PET khusus mereka untuk menggambarkan permulaan cepat berkas proton dan dampaknya hingga 20 menit setelah iradiasi.

“Iradiasi oleh proton menghasilkan isotop berumur pendek di dalam tubuh yang dalam banyak kasus merupakan penghasil positron,” jelas Lang. “Dengan terapi proton FLASH, sinar tersebut menghasilkan intensitas positron yang lebih tinggi, sehingga meningkatkan kekuatan sinyal. Bahkan dengan rangkaian detektor PET kecil kami dapat menghasilkan gambar dan mengukur kelimpahan isotop dan evolusinya dari waktu ke waktu.”

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Kecil tapi kuat Susunan detektor yang digunakan dalam pemindai PET relatif kecil, namun intensitas sinar FLASH memungkinkan untuk menghasilkan gambar dan mengukur kelimpahan isotop. (Sumber: Marek Proga, Universitas Texas di Austin)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Pengukuran yang dicatat selama percobaan pembuktian prinsip ini menunjukkan bahwa pemindai PET dalam sinar dapat memberikan pencitraan dan dosimetri waktu nyata untuk perawatan terapi proton. Tim tersebut bahkan dapat menentukan intensitas berkas proton dengan mendeteksi gamma cepat – dinamakan demikian karena dihasilkan oleh peluruhan inti dalam rentang waktu yang sangat singkat – yang dihasilkan selama ekstraksi berkas proton. Hanya dengan sedikit modifikasi pada peralatannya, Lang percaya bahwa gamma cepat dapat diukur untuk mendapatkan gambaran berkas proton, dan PET kemudian digunakan untuk mengikuti evolusi isotop setelah berkas tersebut dikirimkan.

“Hasil ini menunjukkan bahwa yang perlu dilakukan hanyalah meningkatkan pengaturan eksperimental agar teknik ini dapat memberikan pengukuran yang berguna dalam lingkungan klinis,” katanya. “Tentu saja kami tahu bahwa masih diperlukan banyak pengujian pra-klinis, namun pada tahap ini jelas bahwa tidak ada hambatan dalam teknik ini.”

Lang dan rekan-rekannya menjelaskan pendekatan dan hasil mereka dalam dua makalah yang diterbitkan di Fisika Kedokteran & Biologi (PMB), keduanya gratis untuk diakses. Para peneliti juga mendapat manfaat dari model penerbitan yang muncul, yang disebut perjanjian transformatif, yang memungkinkan mereka menerbitkan kedua artikel dalam akses terbuka tanpa perlu membayar biaya publikasi artikel seperti biasanya.

Berdasarkan apa yang disebut perjanjian transformatif, dalam hal ini antara IOP Publishing dan University of Texas System, para peneliti di institusi mana pun dalam kelompok akademis dapat mengakses konten penelitian dan mempublikasikan karya mereka secara gratis. Memang benar, IOP Publishing – yang menerbitkan PMB atas nama Institut Fisika dan Teknik Kedokteran – sekarang memiliki perjanjian transformatif di tempat dengan lebih dari 900 institusi di 33 negara berbeda, menyediakan akses gratis dan penerbitan di sebagian besar, atau bahkan seluruh, portofolio jurnal ilmiahnya.

Tujuan dari perjanjian baca-dan-terbitkan ini adalah untuk mempercepat transisi ke penerbitan akses terbuka, karena hal ini menghindari keharusan bagi para peneliti untuk mencari pendanaan sendiri untuk biaya publikasi. Bagi Lang, setiap langkah yang membuka ilmu pengetahuan dan memungkinkan berbagai komunitas untuk berkolaborasi akan membantu memicu ide-ide baru dari disiplin ilmu lain yang akan mendorong inovasi di masa depan. “Jika saya menemukan makalah menarik yang tidak dapat saya akses, terutama jika makalah tersebut berada di bidang yang berbeda, saya kehilangan beberapa informasi yang mungkin dapat membantu pekerjaan saya,” katanya. “Informasi yang terbuka dan bebas sangat penting bagi kami untuk mencapai kemajuan.”

Dari pengalamannya sendiri dalam bidang fisika partikel, Lang telah melihat manfaat yang dapat diperoleh dari budaya penelitian yang terbuka dan kolaboratif. “Dalam fisika partikel, setiap orang berbagi pemikiran dan pencapaian terbaik mereka, dan orang-orang ingin terlibat dalam menemukan berbagai cara untuk mengembangkan dan mengeksploitasi ide-ide baru,” katanya. “Tanpa pola pikir kolaboratif, terobosan yang kita lihat di CERN, Fermilab, dan tempat lain tidak akan terjadi.”

<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="Desain khusus Karol Lang (tengah) bersama insinyur Marek Proga (kiri) dan peneliti pasca-doktoral John Cesar dan pemindai PET yang dibuat khusus yang dikembangkan oleh tim. Konfigurasi pemindai menyediakan pengukuran sinar saat pasien dirawat. (Atas izin: Michael Gajda, Universitas Texas di Austin)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- pandangan-baru-pada-flash-terapi-proton-fisika-dunia-9.jpg”>

Namun, jelas bahwa Lang frustrasi karena beberapa orang di komunitas medis tampaknya kurang berpikiran terbuka terhadap ide-ide baru, terutama dari seorang ahli fisika yang tidak memiliki pengalaman klinis sebelumnya. “Kita tahu bahwa banyak teknologi terbaik dalam fisika medis dan pencitraan nuklir berasal dari kemajuan dalam fisika partikel dan nuklir, namun sulit untuk membawa ide-ide baru ke dalam bidang kedokteran,” katanya. “Saya sekarang lebih memahami mengapa hal ini terjadi – mengubah prosedur medis dan protokol pengobatan formal yang sudah terbukti dan terpercaya jauh lebih rumit daripada sekadar mengganti detektor yang lebih baik – namun saya masih kecewa dengan betapa sulitnya untuk menembus sektor ini dan terlibat dalam hal ini. dalam penelitian kolaboratif.”

Meskipun Lang telah mencoba membuat detektor medis sebelumnya, dia mengakui bahwa dia dan fisikawan partikel lainnya bisa saja bersalah karena naif atau bahkan arogansi ketika memperkenalkan teknologi baru ke dalam lingkungan rumah sakit yang dikontrol dengan ketat. Namun, untuk pekerjaan baru ini, sekelompok fisikawan medis memintanya untuk memimpin proyek penelitian yang memerlukan keahliannya dalam membuat detektor partikel. “Saya masih melanjutkan penelitian saya di bidang fisika neutrino, namun saya yakin bahwa apa yang kami tawarkan sangat unik dan bermanfaat sehingga saya ingin terlibat,” kata Lang. “Semakin saya belajar lebih banyak, saya semakin tertarik dan benar-benar terpikat pada ide perawatan FLASH.”

Meskipun diperlukan lebih banyak upaya untuk mengoptimalkan teknik pencitraan dalam sinar untuk penggunaan klinis, Lang percaya bahwa dalam jangka pendek teknik ini dapat menawarkan alat penelitian yang berharga untuk membantu memahami efek FLASH. “Tidak ada yang benar-benar tahu mengapa FLASH bekerja, atau parameter sinar mana yang harus digunakan untuk mencapai hasil terbaik,” katanya. “Hal ini menunjukkan kepada saya bahwa kita tidak sepenuhnya memahami bagaimana radiasi berinteraksi dengan jaringan sehat atau kanker.”

Dengan instrumen baru ini, kata Lang, dimungkinkan untuk mengeksplorasi mekanisme fisik yang berperan selama perawatan FLASH. “Teknik ini dapat membantu kita memahami bagaimana tubuh manusia bereaksi setelah disinari dengan semburan energi yang begitu kuat,” katanya. “Ini menawarkan cara untuk mengeksplorasi efek iradiasi yang bergantung pada waktu, yang menurut saya belum pernah dilakukan secara sistematis sebelumnya.”

Namun, dalam jangka panjang, tujuannya adalah untuk menciptakan modalitas pengobatan yang dipandu gambar yang akan mengukur efek dari setiap iradiasi untuk menginformasikan dan memperbarui pengobatan selanjutnya. Pendekatan adaptif seperti itu tidak praktis dengan protokol pengobatan konvensional, yang mana dosis yang lebih kecil diberikan dalam sekitar 30 sesi harian, namun bisa lebih efektif dengan pengobatan FLASH yang mungkin hanya memerlukan beberapa dosis untuk memberikan energi yang cukup untuk memberantas kanker.

“Memeriksa efek dari setiap iradiasi akan sepenuhnya mengubah dinamika, logistik, dan hasil pengobatan,” kata Lang. “Dikombinasikan dengan pemahaman yang lebih baik tentang interaksi antara proton energik dan tubuh manusia, protokol FLASH adaptif seperti itu dapat memberikan dampak revolusioner pada hasil akhir pasien.”

• 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/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/