I rilevatori a scintillazione plastica si dimostrano vincenti nella ricerca e nella formazione in fisica clinica – Physics World

Innovazione dirompente, collaborazione con il cliente, traduzione clinica: questi i punti di riferimento strategici alla base della roadmap di sviluppo prodotto di Medscint, una società tecnologica con sede nella città di Québec che combina competenze in fotonica, dosimetria a scintillazione e fisica medica. Il risultato finale: niente di meno che un cambiamento di paradigma nelle migliori pratiche di dosimetria della radioterapia reso possibile da una nuova generazione di scintillatori plastici che combinano l’equivalenza vicino all’acqua e la risposta in tempo reale con un’elevata risoluzione spaziale e compatibilità MR-Linac. I rilevatori ottici di Medscint, conosciuti commercialmente come Piattaforma di ricerca HYPERSCINT – offrono anche funzionalità multipunto con un ingombro compatto (0.5 mm di lunghezza, 0.5 mm di diametro), che li rende ideali per la dosimetria a piccolo campo e lo sviluppo avanzato di fantasmi.

"Il nostro know-how brevettato nella scienza ottica e negli scintillatori plastici emerge da solo man mano che i campi di trattamento radioterapico diventano sempre più piccoli e geometricamente più complessi", afferma Jonathan Turcotte, cofondatore e direttore marketing di Medscint. Senza la necessità di fattori di correzione di piccolo campo per caratterizzare il comportamento del dispositivo, i dosimetri Medscint forniscono uno strumento di misurazione in tempo reale che combina un'elevata linearità rispetto alla dose e alla velocità di dose. Questo ampio intervallo dinamico lineare è rilevante a entrambe le estremità dello spettro di trattamento, sia per nuovi schemi di irradiazione a basso dosaggio sia, con funzionalità su misura per il conteggio degli impulsi del linac e la misurazione dose per impulso, in aggiunta alla dose ultraelevata. valutare le applicazioni di radioterapia FLASH (che hanno il potenziale di ridurre drasticamente i danni collaterali e la tossicità nei tessuti sani normali preservando l’attività antitumorale).

Fuori dal laboratorio, in clinica

Sebbene la traduzione clinica sia la priorità commerciale nel breve e medio termine, Turcotte e i suoi colleghi hanno finora posizionato la piattaforma di ricerca HYPERSCINT con una coorte di team di ricerca e sviluppo innovativi e interdisciplinari che lavorano per realizzare sistemi di radioterapia di prossima generazione. “In quanto azienda tecnologica in fase iniziale”, spiega, “abbiamo un rapporto di collaborazione con i nostri clienti e partner di ricerca: un totale di 25 gruppi in Nord America, Europa e Asia che aiutano a modellare lo sviluppo dei nostri prodotti e, in definitiva, a informare il percorso verso una traduzione clinica su larga scala”.

Un caso di studio a questo proposito è Marco Foley e il suo team nel cluster di ricerca sulla fisica medica presso l' Università di Galway nell'Irlanda occidentale. Gli interessi di ricerca ad ampio raggio di Foley si concentrano su schemi di radioterapia potenziati, con un lavoro pionieristico sulla modellazione e simulazione Monte Carlo, nonché sui sistemi di dosimetria a scintillazione di prossima generazione. Il suo programma di ricerca si integra con un intenso carico di insegnamenti, che abbraccia corsi universitari di fisica biomedica e delle radiazioni, nonché corsi di Galway Master in Fisica Medica, il primo programma di master in Europa a ricevere l'accreditamento formale dal Nord America Commissione per l'accreditamento dei programmi di educazione alla fisica medica (CAMPEP).

"Siamo diventati il ​​primo cliente europeo di Medscint quando abbiamo acquistato la piattaforma di ricerca HYPERSCINT nell'estate del 2021", spiega Foley. Da allora il sistema è stato messo alla prova in una serie di cinque progetti pilota che hanno coinvolto studenti di master e dottorato all’interno del cluster di fisica medica di Galway, anche se l’attività di ricerca correlata è destinata ad espandersi prima o poi. "Abbiamo creato un flusso di ricerca dedicato per valutare e confrontare i rilevatori a scintillazione plastica di Medscint", afferma Foley. “Questo impegno di ricerca e sviluppo si affianca a un programma di lavoro consolidato in cui stiamo sviluppando una nuova classe di rilevatori a scintillazione inorganica per applicazioni dosimetriche avanzate”.

Dopo che i suoi studenti di fisica medica si sono abituati alla piattaforma di ricerca HYPERSCINT, Foley li incoraggia a perseguire ulteriori conoscenze specialistiche e know-how nella dosimetria a scintillazione, principalmente attraverso tirocini di ricerca a breve termine presso laboratori partner all'interno della rete internazionale di Galway. "Stiamo fornendo ai nostri studenti di master e dottorato le competenze e le conoscenze tecniche di cui hanno bisogno per iniziare con successo", spiega Foley. "Vogliamo assicurarci che non ci sia una curva di apprendimento proibitivamente ripida quando iniziano i loro progetti di ricerca."

Una collaborazione consolidata a questo riguardo è quella con Magdalena Bazalova-Carter Laboratorio XCITE presso l'Università di Victoria nella Columbia Britannica, Canada. Il team XCITE è uno dei primi ad adottare la soluzione di dosimetria a piccolo campo in tempo reale di Medscint per studi di ricerca sugli schemi di irradiazione FLASH in esperimenti su animali molto piccoli, esponendo le larve di mosca della frutta, ad esempio, a dosi ultra elevate e monitorando la sopravvivenza comparativa rispetto agli schemi di irradiazione convenzionali. Il laboratorio sta anche valutando l'effetto FLASH sui tessuti sani nei topi.

Tali collaborazioni, a quanto pare, rappresentano un vantaggio per tutti. Un esempio calzante è Kevin Byrne, un ex studente di Master nel gruppo di Foley che, dopo un tirocinio di ricerca presso XCITE, sta ora lavorando come fisico medico ricercatore all'interno della divisione di scienze delle radiazioni traslazionali presso l' Scuola di medicina dell'Università del Maryland (Baltimora, MD). Sotto la supervisione di Kai Jiang, assistente professore di radioterapia oncologica, Byrne continua a lavorare su rivelatori a scintillazione plastica e inorganica nell'ambito di un programma di ricerca più ampio che studia gli effetti FLASH di fasci di elettroni e protoni a dosaggio ultraelevato su modelli preclinici. "C'è una sorta di 'circolo virtuoso' in gioco qui", spiega Foley, "con Kevin che progredisce nella supervisione di altri studenti di master e dottorato in visita da Galway con i loro progetti di dosimetria a scintillazione."

Educazione creativa

Nonostante lo sfruttamento della tecnologia Medscint da parte di Galway in un contesto di ricerca di fisica medica, Foley sta anche mettendo la piattaforma di ricerca HYPERSCINT in primo piano nel suo insegnamento universitario. «Il compito è creare un ambiente di apprendimento guidato dalla ricerca più dinamico sfruttando dispositivi dimostrativi portatili come il sistema Medscint», spiega. "In questo modo, stiamo utilizzando i rilevatori a scintillazione plastica di Medscint per introdurre i fondamenti della dosimetria delle radiazioni agli studenti del primo anno, rafforzando al contempo tali concetti con un percorso di apprendimento strutturato lungo tutto il programma fino al livello universitario del quarto anno e agli studi magistrali .”

Allo stesso tempo, sostiene Foley, lo status del Master in Fisica Medica di Galway è ulteriormente rafforzato dall'accreditamento CAMPEP, il che significa che gli studenti del master si diplomano con “trasferibilità e mobilità intrinseche” come parte del pacchetto accademico. "Troverai i nostri studenti di Master che assumono ruoli di ricerca e fisica clinica presso i principali centri di radioterapia oncologica nel Regno Unito e Irlanda, nonché in Nord America, Australia e Nuova Zelanda", conclude. “Un altro grande vantaggio della conformità CAMPEP è che facilita il percorso quando stabiliamo nuove collaborazioni con altri programmi di ricerca accreditati CAMPEP negli Stati Uniti e in Canada”.

Innovazione dirompente, traduzione clinica

Medscint mira a “riscrivere il regolamento sulla dosimetria a piccolo campo” basandosi sul suo know-how ottico proprietario nel campo dei rilevatori a scintillazione plastica. Questa è l'affermazione di Jonathan Turcotte, co-fondatore e chief marketing officer del fornitore, la cui attenzione, insieme a quella dei suoi colleghi, si sta spostando inesorabilmente sui dettagli più minuti della traduzione clinica e sui requisiti di QA degli utenti finali clinici per la prossima generazione modalità di radioterapia.

"Finora abbiamo sviluppato l'attività guadagnando terreno con una serie di programmi innovativi di fisica medica guidati dalla ricerca, tutti impegnati a definire le migliori pratiche di domani nella dosimetria della radioterapia", spiega. "Il prossimo passo nell'evoluzione di Medscint sarà più una strategia a doppio binario: continuare a rivolgersi ai clienti della ricerca all'avanguardia e allo stesso tempo rivolgersi, nel breve termine, al mercato del QA clinico."

Entro la fine dell'anno, ad esempio, Turcotte e il suo team prevedono di ottenere l'approvazione normativa 510(k) da parte della Food and Drug Administration (FDA) statunitense per un sistema clinico che verrà messo a punto per applicazioni di dosimetria a piccolo campo nel QA delle macchine. Il successivo marchio CE è previsto per il 2024 come precursore delle installazioni con clienti clinici nello Spazio Economico Europeo (SEE).

“Sebbene gli scintillatori plastici rappresentino una tecnologia dirompente nel QA e nella dosimetria della radioterapia”, osserva Turcotte, “è significativo che circa un programma di fisica clinica su sei con accreditamento CAMPEP stia già lavorando con i nostri prodotti in un contesto di ricerca”.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/plastic-scintillation-detectors-prove-a-win-win-in-clinical-physics-research-and-education/