פלטפורמת קרני רנטגן במינון גבוה במיוחד עומדת בתור למחקר רדיוביולוגי FLASH - עולם הפיזיקה

<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="ניסויים ראשונים בקו קרן הסופר הראשון נולן אספלן בתחנת המחקר להקרנה FLASH ב-TRIUMF. (באדיבות: Luca Egoriti)” title=”לחץ כדי לפתוח תמונה בפופאפ” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

חוקרים בקנדה אפיינו פלטפורמת הקרנת רנטגן למחקרים רדיוביולוגיים של רדיותרפיה ב-FLASH - טכניקת טיפול בסרטן מתפתחת המשתמשת בקרינה במינון גבוה במיוחד (UHDR). הפלטפורמה, המכונה FLASH תחנת מחקר הקרנה ב-TRIUMF, או "FIRST", יכולה לספק 10 קרני רנטגן MV בקצבי מינון העולה על 100 Gy/s.

ממוקם בקו הקרן של אריאל ב טריומף, מרכז מאיצי החלקיקים של קנדה, FIRST היא כיום פלטפורמת ההקרנה היחידה מסוגה בצפון אמריקה. בעולם, ישנם שני קווי קרני רנטגן מגה-מתח UHDR ניסיוניים: האחד ב-TRIUMF בוונקובר ואחר בצ'נגדו, באקדמיה הסינית לפיזיקה הנדסית לייזר אלקטרונים חופשי מסוג Terahertz.

קרני רנטגן מגה-מתח דורשות מפרטי מאיץ צנועים בהשוואה לשיטות אחרות המשמשות לטיפול בגידולים עמוקים, אומרים החוקרים, ו-FIRST יכולה להציע גם הקרנות UHDR וגם הקרנות מגה-מתח קונבנציונליות על קו קרן משותף.

"יש פער בזמינות של מקורות רנטגן במינון גבוה במיוחד; זה סוג של צורך לא מסופק בשטח, ואין פלטפורמה מסחרית זמינה לספק סוג זה של קרינה באופן שגרתי", מסביר נולן אספלן, חוקר פוסט-דוקטורט במרכז MD Anderson Cancer. "פרויקט שיתופי רב-שנתי זה [עם TRIUMF] ... היה הזדמנות למנף את המעבדה הייחודית הזו עם גישה לאלקטרונים מוליכי-על עתירי אנרגיה כדי לייצר את סוג הקרינה שאנו רוצים להסתכל עליה עבור מחקר רדיוביולוגי FLASH."

אספלן ערך ניסויי אפיון ראשונים בזמן שהיה סטודנט לתואר שני ב- אוניברסיטת ויקטוריה עובד ב מעבדת XCITE. המחקר האחרון של צוות המחקר, שפורסם ב דוחות מדעיים טבע, מציג אפיון מקיף של ניסויים פרה-קליניים ראשונים וראשוניים. עבודת סימולציה פורסמה בשנת 2022 ב פיזיקה ברפואה וביולוגיה.

"אנחנו מעורבים בהקרנות במינון גבוה במיוחד כבר די הרבה זמן", אומר מנהל מעבדת XCITE מגדלנה בזלובה-קרטר. "התחלנו לדבר עם אנשים ב-TRIUMF על קו הקרן של אריאל, ואיך אם נבנה מטרה לקו הקרן הזה, איזה סוג של קצבי מינון של קרני רנטגן היינו מקבלים. ככה הכל התחיל".

הראשונים של FIRST

החוקרים בחנו תת-קבוצה של פרמטרי אלומה זמינים ורלוונטיים מבחינה קלינית כדי לאפיין את FIRST תחת UHDR ופעולה קונבנציונלית בקצב המינון. הם קיבעו את אנרגיית אלומת האלקטרונים ב-10 MeV כדי למקסם את קצבי המינון ואת אורך החיים היעד, וקבעו את זרם האלומה (זרם שיא) בין 95 ל-105 מיקרו-אמפר. שיעורי המינון חושבו באמצעות דוסימטריית סרט.

שיעורי מינון מעל 40 Gy/s הושגו בעומק של עד 4.1 ס"מ עבור גודל שדה של 1 ס"מ. בהשוואה לקרן קלינית של 10 MV, FIRST הציעה הצטברות מינון שטחי מופחת. יחסית למקורות אלקטרונים בעלי אנרגיה נמוכה, FIRST הציע ירידה הדרגתית יותר במינון מעבר ל-d_{מקסימום} (עומק המינון המרבי). הצוות מציין כי נוכחותם של שיפוע עומק שטחי תלול הובילה לבעיות הטרוגניות במינונים שמגבילים כיום את היישומים לעבודה פרה-קלינית. מגבלות יציבות המקור הובילו לשונות בזרם ובמינון.

בהתבסס על מחקרי האפיון, החוקרים השתמשו אז ב-FIRST כדי להעביר UHDR (מעל 80 Gy/s) והקרנת רנטגן קונבנציונלית במינון נמוך לריאות של עכברים בריאים. הם העניקו בהצלחה מנות של 15 ו-30 Gy עד 10% מהמרשם בעומק של 1 ס"מ. השפעות של אי-הומוגניות של רקמת ריאה לא תוקנו (מחקר התכנון של הקבוצה הצביע על הפרעות זניחות באנרגיות אלומת מגה-מתח). פלט מקור האלקטרונים ושונות דוסימטריית הסרט שלטו באי הוודאות במדידות המינון לפני הטיפול.

לקחים שהופק

החלל הפיזי בו ממוקמת FIRST נועד במקור - ועדיין משמש כ- dump קרן (שבו קרן של חלקיקים טעונים יכולה להיספג בבטחה). זה הוביל לכמה אתגרי עיצוב ייחודיים עבור FIRST.

"לא היה בסיס לעשות את מה שעשינו, וזו גם הייתה הזדמנות פיתוח עבור TRIUMF. הרבה אנשים למדו על המערכת, כמו גם את הניואנסים לסוג זה של משלוח ודברים שעשינו טוב, ומה נוכל לעשות טוב יותר בעתיד", אומר אספלן. "עם העובדה שזה מתקן שנמצא בפיתוח, היינו הזדמנות מדעית ראשונה - זו סביבה מאוד דינמית. יש לנו כמה משתפי פעולה ופיזיקאים קרן מוכשרים במיוחד שעבדו כדי להגדיר את כל הפרמטרים האופטיים של קווי הקרן כדי שנוכל לספק קרן פיזור מינימלית בגודל נכון למטרה."

בזמן הניסויים של החוקרים, ניתן היה להקרין רק זוג פנטום אחד או עכבר בודד כל 45 דקות לאחר התחשבות בהגדרת הפלטפורמה, המסירה והכיבוי. ולאחר כל התאמה שבוצעה לקו הקרן ולקרן עצמה, החוקרים נאלצו לכוונן מחדש את הקרן כדי לאשר את הפלט והדוסימטריה שלה.

האם צינורות רנטגן קונבנציונליים יכולים לספק שיעורי מינון FLASH?

"זה סיפור שונה מפיזיקה רפואית קלינית. כשאתה מפעיל ניסויים על לינאק בבית חולים, אדם אחד יכול להתמודד עם כל הניסוי... זהו מצב שונה מאוד", אומרת בזאלובה-קרטר. "חמישה אנשים היו צריכים להפעיל את קו הקרן [לניסויים אלה] כדי לנטר את כל המסכים - ולמרות שלא כולם שימשו לניסויים שלנו, אני חושב שספרתי 113 מסכים בחדר הבקרה... זה היה די מעניין שאנחנו יכול לקבל הסכם מינון הגון מאוד בין הדמיות וניסויים של מונטה קרלו, בהתחשב עד כמה הניסויים הללו מאתגרים."

למרות מכשולים כאלה, היתרונות של פלטפורמת FIRST כוללים שליטה על פרמטרי מקור מרכזיים, לרבות תדירות חזרת דופק, זרם שיא, אנרגיית קרן והספק ממוצע.

"היינו המשתמש הראשון בקו הקרן של ARIEL", משקפת Bazalova-Carter. "זה היה מספק מאוד, לאחר שנים רבות של עבודה על הפרויקט הזה, להיות מסוגל באמת להריץ ניסויים בהקרנת עכברים."

מחקר מעקב רדיוביולוגי צפוי להגיע.

• 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. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/