素粒子物理学が FLASH 陽子線治療に関する新たな見解を提供 – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-caption="画像誘導型FLASHに向けて Karol Lang と彼の同僚によって開発された PET スキャナーは、ビームが照射されている間に陽子線治療の効果を視覚化し、測定することができます。 (提供: Marek Proga、テキサス大学オースティン校)>

もともと素粒子物理学における最も野心的な実験のために生み出された画期的なテクノロジーは、多くの場合、医療や診断における革新を引き起こしてきました。加速器とビームライン工学の進歩は、がんを治療するための非常に効果的な戦略の開発に役立っている一方、最もとらえどころのない粒子を捕捉するように設計された検出器は、人体の内部構造を観察する新しい方法を提供しています。

最近の開発では、テキサス大学オースティン校の実験素粒子物理学者カロル・ラング率いる米国の研究チームが初めての成果を達成した。 FLASH陽子線治療効果のリアルタイムイメージング ビームの照射前、照射中、照射後。これらの新しい FLASH 治療は、非常に短い時間スケールで超高線量を投与するため、健康な組織へのダメージを軽減しながら、がん細胞を効果的に根絶できます。 FLASH治療では、より短い治療サイクルで必要な照射回数が少なくなり、より多くの患者が陽子線治療の恩恵を受けることができ、放射線関連の副作用のリスクが大幅に軽減されます。

ヒューストンのMDアンダーソン陽子線治療センターの医学物理学者も参加する研究チームは、陽電子放出断層撮影法（PET）用に専用に設計されたスキャナーを使用して画像を作成した。PETは、それ自体が1970年代のCERNでの先駆的な実験から生まれた技術である。 。研究チームは、人間の患者の代わりとして機能する 20 つの異なるファントムを使用し、カスタマイズされた PET 装置を活用して、陽子線の急速な開始と照射後 XNUMX 分までのその影響の両方を画像化しました。

「陽子線の照射により体内に短命の同位体が生成され、多くの場合、これは陽電子放出体になります」とラング氏は説明する。 「フラッシュ陽子線治療では、ビームがより高い陽電子強度を生成し、信号の強度が高まります。小さな PET 検出器アレイを使用しても、画像を生成し、同位体の存在量と時間の経過に伴うその進化の両方を測定することができました。」

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="小さいけれどパワフル PET スキャナーで使用される検出器アレイは比較的小さいですが、フラッシュ ビームの強度により画像を生成し、同位体の存在量を測定することができます。 (提供: Marek Proga、テキサス大学オースティン校)" title="クリックするとポップアップで画像が開きます" href="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" >

これらの原理実証実験中に記録された測定値は、インビーム PET スキャナーが陽子線治療のリアルタイム画像化と線量測定を提供できることを示唆しています。研究チームは、陽子線の抽出中に生成されるプロンプト・ガンマ（非常に短い時間スケールでの原子核の崩壊によって生成されることからその名が付けられた）を検出することによって、陽子線の強度を決定することさえできた。ラング氏は、装置をわずかに変更するだけで、プロンプトガンマを測定して陽子線のスナップショットを取得し、PET を使用してビーム照射後の同位体の進化を追跡できると考えています。

「これらの結果は、臨床現場で有用な測定を提供するには、この技術の実験設定を改善するだけで済むことを示しています」と彼は言います。 「もちろん、まだ多くの前臨床試験が必要であることは承知していますが、現段階ではこの技術に決定的な問題がないことは明らかです。」

ラングと彼の同僚は、彼らのアプローチと結果について、 医学と生物学における物理学 (PMB)、どちらも無料でアクセスできます。研究者らはまた、変革協定と呼ばれる新たな出版モデルの恩恵も受け、これにより通常の論文出版料金を支払うことなく両方の論文をオープンアクセスで出版できるようになった。

これらのいわゆる変革協定、この場合は IOP Publishing とテキサス大学システムの間で結ばれた協定に基づいて、学術グループ内のどの機関の研究者も、研究コンテンツに無料でアクセスし、自分の研究成果を出版することができます。実際、医学物理工学研究所に代わって PMB を発行する IOP Publishing は現在、 変革的な協定を結んでいる 900 か国の 33 以上の機関と提携し、科学雑誌のポートフォリオのすべてではないにしても、ほとんどに無料でアクセスし、出版を提供しています。

これらの読み取りおよび出版契約の目的は、研究者が出版料として自分で資金を調達する必要がなくなるため、オープンアクセス出版への移行を加速することです。ラング氏にとって、科学の扉を開き、さまざまなコミュニティの協力を可能にするあらゆる動きは、将来のイノベーションを推進する他の分野からの新しいアイデアを引き起こすのに役立ちます。 「アクセスできない興味深い論文に出会った場合、特にそれが別の分野の場合、仕事に役立つかもしれない情報が欠けていることになります」と彼は言います。 「私たちが進歩するためには、オープンで無料の情報が不可欠です。」

ラング氏は、素粒子物理学における自身の経験から、オープンで協力的な研究文化から得られる利点を理解しました。 「素粒子物理学では、誰もが自分の最高の考えや成果を共有しており、人々は新しいアイデアを開発し活用するためのさまざまな方法を見つけることに参加したいと考えています」と彼は言います。 「その協力的な考え方がなければ、CERN、フェルミ研究所、その他の場所で私たちが見てきたような画期的な出来事は起こらなかっただろう。」

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg" data-caption="カスタムデザイン カロル・ラング氏（中央）、エンジニアのマレック・プロガ氏（左）、ポスドク研究者のジョン・シーザー氏、そしてチームが開発した専用のPETスキャナー。スキャナーの構成により、患者の治療中にビーム内測定が可能になります。 (提供: Michael Gajda、テキサス大学オースティン校)" title="クリックしてポップアップで画像を開く" href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-新しいビュー-フラッシュ陽子線療法-物理学-世界-9.jpg”>

しかし、医学界の一部の人々、特に臨床経験のない物理学者の新しいアイデアに対してあまり寛容でないように見えることにラング氏が不満を抱いていることは明らかである。 「医学物理学や核イメージングにおける最高の技術の多くは、素粒子物理学や原子核物理学の進歩から生まれていることはわかっていますが、最新の新しいアイデアを医学に持ち込むのは困難です」と彼は言います。 「その理由が今ではよく理解できました。実績のある医療手順や正式な治療プロトコルを変更することは、より優れた検出器に交換するよりもはるかに複雑です。しかし、この分野に浸透して関与することがいかに難しいかには、依然として失望しています」共同研究中です。」

ラング氏は以前にも医療用検出器の構築を試みたことがあるが、厳しく管理された病院環境に新しい技術を導入することに関しては、自分や他の素粒子物理学者が世間知らず、あるいは傲慢な罪を犯し得ることを認めている。しかし、この新しい研究では、医学物理学者のグループが、粒子検出器の構築に関する彼の専門知識を必要とする研究プロジェクトの主導権を握るよう彼に依頼しました。 「私はまだニュートリノ物理学の研究を続けていますが、私たちが提供できるものは非常にユニークで価値があると信じているので、参加したいと思いました」とラング氏は言います。 「学べば学ぶほど、私はますます興味をそそられ、FLASH 治療というアイデアにすっかり夢中になってしまいました。」

インビームイメージング技術を臨床用途に最適化するにはさらなる研究が必要ですが、ラング氏は、短期的にはフラッシュ効果を理解するのに役立つ貴重な研究ツールを提供できる可能性があると考えています。 「FLASH がなぜ機能するのか、最良の結果を達成するにはどのビーム パラメータを使用する必要があるのか​​、正確には誰にもわかりません」と彼は言います。 「このことは、放射線が健康な組織やがん組織とどのように相互作用するのか、私たちが完全には理解していないことを非常に深く示唆しています。」

この新しい機器を使用すれば、FLASH 治療中に作用する物理的メカニズムを調査することが可能になるだろうとラング氏は主張します。 「この技術は、このような強烈なエネルギーの爆発を受けた後に人体がどのように反応するかを理解するのに役立つ可能性があります」と彼は言います。 「これは、放射線照射の時間依存性の影響を調査する方法を提供します。これまで体系的に行われたことはないと思われます。」

しかし、長期的な目標は、各照射の効果を測定してその後の治療に情報を提供し、更新する画像誘導治療モダリティを作成することです。このような適応的なアプローチは、30日約XNUMX回のセッションでより少ない線量が送達される従来の治療プロトコルでは現実的ではありませんが、がんを根絶するのに十分なエネルギーを送達するのに数回の線量しか必要としないFLASH治療ではより実行可能になる可能性があります。

「各照射の効果をチェックすることで、治療のダイナミクス、計画、結果が完全に変わるでしょう」とラング氏は言います。 「高エネルギー陽子と人体との間の相互作用のより深い理解と組み合わせることで、このような適応型FLASHプロトコルは患者の転帰に革命的な影響を与える可能性があります。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/