Un team di ricerca europeo ha utilizzato un prototipo di rivelatore a diodi Schottky a base di diamante per commissionare con successo un Flash elettronico acceleratore di ricerca per la radioterapia FLASH sia convenzionale che preclinica. Il nuovo rivelatore si è rivelato uno strumento utile per la caratterizzazione del fascio veloce e riproducibile, adatto a condizioni di velocità di dose ultraelevata (UH-DR) e dose per impulso ultraelevata (UH-DPP). Questo è un traguardo importante per il suo team di sviluppo, diretto al Università degli Studi di Roma Tor Vergata, poiché al momento non sono disponibili dosimetri attivi commerciali in tempo reale per la radioterapia FLASH.
La radioterapia FLASH è una tecnica emergente di trattamento del cancro in cui i tessuti bersaglio vengono irradiati utilizzando dosi molto più elevate rispetto alla radioterapia convenzionale e, di conseguenza, per tempi di irradiazione molto più brevi. Questa velocità di dose ultraelevata provoca il cosiddetto effetto FLASH: una diminuzione della tossicità indotta dalle radiazioni sui tessuti normali circostanti, pur mantenendo una risposta equivalente all'uccisione del tumore.
Questa tecnologia emergente viene lodata a livello globale come un'entusiasmante strategia di trattamento con il potenziale per cambiare il futuro della terapia clinica del cancro. Ma ci sono ostacoli da superare, uno dei quali è stato lo sviluppo di un sistema di dosimetria accurato ed efficiente da usare per determinare la dose di radiazioni in tempo reale.
Gli attuali dosimetri commerciali in tempo reale come le camere di ionizzazione e i rivelatori a stato solido non sono adatti per l'uso clinico, a causa degli effetti di ricombinazione, saturazione e non linearità osservati nella loro risposta. I dosimetri passivi come i film di alanina e GAFchromic funzionano, ma la loro risposta potrebbe non essere generata per ore o addirittura giorni dopo una procedura di irradiazione, il che li rende poco pratici per l'assicurazione quotidiana della qualità del linac.
Per superare queste limitazioni, il team ha progettato il rilevatore flashDiamond (fD) specificamente per le applicazioni UH-DR e UH-DPP, descrivendolo in un articolo di gennaio 2022 in Fisica medica. Ora, investigatore principale Gianluca Verona Rinati e colleghi hanno condotto un'indagine sistematica sulla risposta del rivelatore fD ai fasci di elettroni pulsati, convalidando la sua linearità di risposta a DPP fino a circa 26 Gy/impulso, velocità di dose istantanea di circa 5 MGy/s e velocità di dose media di circa 1 kGy/s .
I ricercatori hanno quindi utilizzato il rilevatore fD per commissionare un linac ElectronFlash Sordina Iort Tecnologie (SIT) in Italia, riportando i loro risultati in Fisica medica.
Caratterizzazione dosimetrica
Per valutare il prototipo fD, il team ha prima eseguito calibrazioni della dose assorbita in tre diverse condizioni di irradiazione: 60Coirradiazione in condizioni di riferimento presso il laboratorio di normalizzazione secondaria PTW (PTW-Friburgo); Fasci di elettroni UH-DPP a PTB; e fasci ElectronFlash in condizioni convenzionali al SIT.
Incoraggiante, i valori ottenuti dalle procedure di calibrazione presso le tre strutture concordavano bene. Le sensibilità di un prototipo fD ottenuto sotto 60L'irradiazione di co, con fasci di elettroni UH-DPP e con fasci di elettroni convenzionali era rispettivamente di 0.309±0.005, 0.305±0.002 e 0.306±0.005 nC/Gy. Ciò indica che non ci sono differenze nella risposta del prototipo fD quando vengono utilizzati fasci di elettroni convenzionali o UH-DPP, o tra 60Irradiazione con fascio di elettroni e co.
Il team ha quindi studiato la linearità della risposta fD nella gamma UH-DPP. La variazione del DPP tra 1.2 e 11.9 Gy ha rivelato che la risposta del prototipo era lineare almeno fino al valore massimo studiato di 11.9 Gy.
I ricercatori hanno anche confrontato i risultati del rivelatore fD con quelli di dosimetri disponibili in commercio, tra cui un microDiamond, una camera di ionizzazione Advanced Markus, un rivelatore a diodi di silicio e pellicole EBT-XD GAFchromic. Hanno osservato un buon accordo tra le curve percentuale di profondità, i profili del fascio ei fattori di uscita misurati dal prototipo fD e dai rivelatori di riferimento, per l'irradiazione convenzionale e (con film EBT-XD) UH-DPP.
Il linac clinico convertito eroga la radioterapia FLASH
Infine, il team ha utilizzato il rilevatore fD per commissionare il linac ElectronFlash, che è in grado di operare sia in modalità convenzionale che UH-DPP. Il linac è dotato di diversi applicatori cilindrici in PMMA, di diametro compreso tra 30 e 120 mm, che servono per variare il DPP. La messa in servizio è stata completata con l'acquisizione di profili percentuale di profondità-dose e fascio per fasci di elettroni pulsati da 7 e 9 MeV, utilizzando tutti i diversi applicatori, sia in modalità convenzionale che UH-DPP.
I ricercatori concludono che il prototipo fD potrebbe rivelarsi uno strumento prezioso per la messa in servizio di linac a fascio di elettroni per la radioterapia FLASH. Attualmente stanno conducendo simulazioni Monte Carlo sia dei fasci linac ElectronFlash che del rivelatore fD per fornire supporto teorico alle loro valutazioni dosimetriche.
