FLASH 放射線生物学研究用に超高線量率 X 線プラットフォームがラインナップ – Physics World

<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="最初のビームライン実験 筆頭著者、TRIUMF フラッシュ照射研究ステーションの Nolan Esplen 氏。 (提供: Luca Egoriti)” title=”クリックするとポップアップで画像が開きます” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-フラッシュのラインアップ-放射線生物学-研究-物理学-世界.jpg”>

カナダの研究者らは、超高線量率 (UHDR) 照射を使用する新しいがん治療技術である FLASH 放射線療法の放射線生物学的研究のための X 線照射プラットフォームの特性を明らかにしました。 TRIUMFのFLASH照射研究ステーション、または「FIRST」と呼ばれるこのプラットフォームは、10 Gy/秒を超える線量率で100 MVのX線ビームを照射できます。

ARIEL ビームラインにあります。 トライアンフ, カナダの粒子加速器センターであるFIRSTは、現在、北米でこの種の唯一の照射プラットフォームです。世界的には、実験用の UHDR メガボルト X 線ビームラインが 2 つあります。1 つはバンクーバーの TRIUMF にあり、もう 1 つは成都にある中国工程物理学会のテラヘルツ自由電子レーザーです。

研究者らによると、メガボルトX線は、深部腫瘍の治療に使用される他のモダリティと比較すると、必要な加速器仕様が控えめで、FIRSTは共通のビームラインでUHDRと従来のメガボルト照射の両方を提供できるという。

「超高線量率の X 線源の利用可能性にはギャップがあります。これは現場では満たされていないニーズのようなものであり、この種の放射線を日常的に供給できる商用プラットフォームは存在しません」と説明します。 ノーラン・エスプレン、MDアンダーソンがんセンターの博士研究員。 「この[TRIUMFとの]複数年にわたる共同プロジェクトは、高エネルギー超伝導電子線形加速器にアクセスできるこのユニークな研究室を活用して、フラッシュ放射性生物学研究で注目したい種類の放射線を生成する機会となりました。」

エスプレンは、大学の大学院生だったときに最初の特性評価実験を実施しました。 ビクトリア大学 で働く XCITEラボ。研究チームの最新の研究は、 自然科学レポート、FIRST および初期の前臨床実験の包括的な特徴付けを示します。シミュレーション作品は 2022 年に出版されました。 医学と生物学の物理学.

「私たちはかなり長い間、超高線量率の照射に取り組んできました」とXCITE Labディレクターは語る マグダレナ・バザロワ=カーター。 「私たちは TRIUMF の人々と ARIEL ビームラインについて話し始め、このビームラインのターゲットをどのように構築したらどのような X 線線量率が得られるかについて話し合いました。それがすべての始まりでした。」

FIRSTの初めて

研究者らは、UHDR および従来の線量率操作の下での FIRST を特徴付けるために、利用可能な臨床的に関連のあるビームパラメータのサブセットを調査しました。彼らは、線量率とターゲット寿命を最大化するために電子ビームのエネルギーを 10 MeV に固定し、ビーム電流 (ピーク電流) を 95 ～ 105 μA に設定しました。線量率はフィルム線量測定を使用して計算されました。

40 Gy/s を超える線量率は、4.1 cm の照射野サイズに対して最大 1 cm の深さで達成されました。臨床用の 10 MV ビームと比較して、FIRST は表面線量の蓄積が減少しました。低エネルギー電子源と比較して、FIRST は d を超えるとより緩やかな線量減少を提供しました。_マックス （最大線量の深さ）。研究チームは、急峻な表面深さの線量勾配の存在が線量の不均一性の問題を引き起こし、現在は前臨床研究への応用を制限していると指摘している。ソースの安定性に制限があるため、電流と線量が変動します。

研究者らは、特性評価研究の情報を基に、FIRST を使用して UHDR (80 Gy/s 以上) と低線量率の従来型 X 線照射を健康なマウスの肺に照射しました。彼らは、深さ 15 cm で処方の 30% 以内に 10 および 1 Gy の線量を照射することに成功しました。肺組織の不均一性の影響は補正されていない（グループの設計研究では、メガ電圧のビームエネルギーでの摂動は無視できることが指摘されている）。電子源の出力とフィルムの線量測定のばらつきが、治療前の線量測定における不確実性の大半を占めていました。

教訓

FIRST が設置されている物理空間は、当初はビーム ダンプ (荷電粒子ビームを安全に吸収できる場所) として使用されており、現在でもその役割を果たしています。これにより、FIRST にはいくつかの独自の設計上の課題が生じました。

「私たちがやっていることを行うための根拠はありませんでしたが、それはTRIUMFにとって発展の機会でもありました。多くの人がこのシステムについて学び、この種の配信のニュアンスや、私たちがうまくいったこと、そして今後さらに改善できることについて学びました」とエスプレン氏は言います。 「これが開発中の施設であるという事実により、私たちは最初の科学の機会となりました。非常にダイナミックな環境です。私たちには非常に才能のある協力者とビーム物理学者がおり、ターゲットに適切なサイズの最小分散ビームを提供できるように、ビームラインのすべての光学パラメータの設定に取り組んでくれました。」

研究者らの実験時点では、プラットフォームのセットアップ、配送、シャットダウンを考慮すると、45 分ごとに XNUMX つのファントム ペアまたは XNUMX 匹のマウスのみに照射できました。そして、ビームラインとビーム自体を調整するたびに、研究者はビームを再調整して出力と線量測定を確認する必要がありました。

従来の X 線管は FLASH 線量率を実現できますか?

「臨床医学物理学とは別の話です。病院内のリニアックで実験を行う場合、113 人が実験全体を担当できます…これはまったく異なる状況です」とバザロバ=カーター氏は言います。 「すべてのスクリーンを監視するには、[これらの実験のために] XNUMX 人がビームラインを実行しなければなりませんでした。そして、すべてのスクリーンが実験に使用されたわけではありませんが、数えてみると制御室には XNUMX のスクリーンがあったと思います...非常に興味深いものでした。これらの実験がどれほど難しいかを考えると、モンテカルロシミュレーションと実験の間で非常にまともな線量の一致を得ることができました。」

このようなハードルにもかかわらず、FIRST プラットフォームの利点には、パルス繰り返し周波数、ピーク電流、ビームエネルギー、平均パワーなどの主要なソースパラメータの制御が含まれます。

「私たちはARIELビームラインの最初のユーザーでした」とバザロバ=カーター氏は振り返る。 「このプロジェクトに何年も取り組んできた後で、実際にマウスの照射実験を行うことができて非常に満足でした。」

放射線生物学的な追跡調査が予定されている。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/