כיצד טריז יכול להגביר את העברת האלומה בטיפול פרוטונים קונבנציונלי - עולם הפיזיקה

בתחילת 2023 היו 89 מרפאות לטיפול בפרוטונים ברחבי העולם (לפי הקבוצה השיתופית לטיפול בחלקיקים). טיפול פרוטונים הוא טיפול סרטן קונפורמי ביותר שניתן להשתמש בו כדי לטפל בגידולים בעלי צורה לא סדירה הממוקמים ליד מבנים קריטיים, כגון עמוד השדרה או העיניים, אך הוא עדיין לא אומץ באופן נרחב.

למה? במידה רבה, זה נובע מהעלות של בניית מתקן לטיפול בפרוטונים, אומר ויווק מראדיה, מדען ב- מרכז מכון פול שרר לטיפול פרוטונים.

"אם אתה רוצה לבנות מתקן טיפול בן שניים או שלושה חדרים, זה עולה בערך 100 מיליון דולר", אומר מראדיה. "מאז שסיימתי את הדוקטורט שלי, אני מעצבת מתקן קומפקטי לטיפול בפרוטונים שיפחית את העלות ויוכל לספק טיפול במספר חדרים עם קו קרן אחד."

העיצוב של מראדיה מסתמך על קו קרן שונה שפיתח בזמן שלמד דוקטורט במכון פול שרר (PSI). הוא ועמיתיו מתמודדים עם אחד החסרונות העיקריים של מתקני טיפול פרוטונים מבוססי ציקלוטרון: חלק גדול מהקרן אובד כאשר הפרוטונים יורדים לאנרגיות רלוונטיות מבחינה קלינית.

ציקלוטרונים מייצרים קרני פרוטונים באנרגיות גבוהות, לרוב גבוהות מאלו הדרושות לטיפול בפרוטונים. כדי להוריד את האנרגיה, הקרן עוברת דרך חומר מבזה (לדוגמה, טריז פחמן) שמשאיר את האנרגיות פרושות בספקטרום. לאחר מכן משתמשים בחריצים לבחירת האנרגיות הנכונות לטיפול.

מערכת בחירת אנרגיה זו אינה יעילה. זה מוביל הן להעברת אלומה מופחתת - כלומר לוקח יותר זמן לספק טיפול - והן לקרינה משנית הדורשת מיגון, מה שמגדיל משמעותית את עלויות הבנייה.

כדי להגדיל את חלק הקרן שמגיע למטרה, מראדיה פנה לקירור מומנטום, טכניקה המשמשת בקווי קרן מיאון. קירור מומנטום מחליף את החריץ שנמצא במערכות בחירה אנרגיה קונבנציונליות לטיפול בפרוטונים עם טריז. במקום לחתוך אנרגיות לא רצויות, הטריז ממיר את התפשטות האנרגיות לאנרגיה נמוכה יותר, שומר על אנרגיות נמוכות יותר תוך העברת אנרגיות גבוהות יותר לנמוכות יותר.

"למעשה מצאנו כתב יד של חוקר ב-PSI שהציע להשתמש בטכניקה זו בקורות פיונים ב-1976, אבל לא הצלחנו לאשר אם היא יושמה", אומר מראדיה. "יש אתגרים להתגבר ביישום קירור מומנטום לטיפול בפרוטונים, כגון בקרת פליטת האלומה, ושיתפנו פעולה עם מומחים בטכנולוגיית האצה בעניין זה."

כותב ב פיזיקת טבע, מראדיה ועמיתיו הדגימו כיצד ניתן לשלב קירור מומנטום בעיצוב חזיתות כדי להגביר את העברת האלומה. תוצאות ניסויי הסימולציה שלהם מצביעות על עלייה של עד פי 100 בשידור עבור אלומת 70 MeV. ניסויים במיכל מים בקו קרן לטיפול בעיניים הניבו עלייה של גורם של שניים בשידור.

האם סריקת קרן עיפרון יכולה לאפשר טיפול פרוטונים ללא גבונים?

בעקבות עבודת ההוכחה הזו, החוקרים מתכננים כעת טריז פוליאתילן לכל קרן 10 MeV מ-70 עד 230 MeV, והם מתכננים לשלב קירור מומנטום באופן קבוע בקו הקרן כדי לקצר את זמני הטיפול לעצור נשימה בודדת. הם מתכננים מתקן קומפקטי לטיפול בפרוטונים המשלב קירור מומנטום בתמיכה של מענק מממשלת שוויץ. בסופו של דבר, קירור מומנטום יכול אפילו לסייע בניצול אפקט ה-FLASH מכיוון שהכנסת הטריז מגדילה את שיעורי המינון, אבל מראדיה אומר שזו לא העדיפות הנוכחית של הצוות.

"בטיפול בפרוטונים, אנחנו מטפלים בדיוק בגידולים כשהם לא זזים. אבל כשמדובר במטרות נעות, כמו הריאה והכבד, בגלל תנועת הנשימה אנחנו לא יכולים לספק אותן בצורה מדויקת כל כך. אנחנו צריכים להשתמש בסוג של הפחתת תנועה, מה שמגדיל את זמן האספקה. רצינו להפחית את זמן הטיפול כדי שנוכל להעביר את הטיפול בהפסקת נשימה אחת", אומר מראדיה. "הגידול הזה בשידור באמצעות קירור מומנטום חשוב להפחתת זמן הטיפול."

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/how-a-wedge-can-increase-beam-transmission-in-conventional-proton-therapy/