입자물리학은 FLASH 양성자 치료에 대한 새로운 견해를 제시합니다 – 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="이미지 가이드 FLASH를 향하여 Karol Lang과 그의 동료들이 개발한 PET 스캐너는 빔이 전달되는 동안 양성자 치료의 효과를 시각화하고 측정할 수 있습니다. (제공: Marek Proga, University of Texas at Austin)”>

원래 입자 물리학의 가장 야심찬 실험을 위해 만들어진 획기적인 기술은 종종 의료 및 진단 분야의 혁신을 촉발시켰습니다. 가속기와 빔라인 엔지니어링의 발전은 암 치료를 위한 매우 효과적인 전략 개발에 도움이 되었으며, 가장 파악하기 어려운 입자를 포착하도록 설계된 검출기는 인체 내부 작동을 볼 수 있는 새로운 방법을 제공했습니다.

최근 개발 중 하나는 오스틴에 있는 텍사스 대학의 실험 입자 물리학자인 Karol Lang이 이끄는 미국 기반 연구팀이 처음으로 달성한 것입니다. FLASH 양성자 치료 효과의 실시간 영상화 빔 전달 전, 도중, 이후. 이러한 새로운 FLASH 치료법은 매우 짧은 시간에 초고용량을 투여하여 건강한 조직에 대한 손상을 줄이면서 암세포를 효과적으로 근절할 수 있습니다. FLASH 치료는 짧은 치료 주기에 비해 더 적은 방사선 조사가 필요하므로 더 많은 환자가 양성자 치료의 혜택을 누리고 방사선 관련 부작용의 위험을 크게 줄일 수 있습니다.

휴스턴에 있는 MD 앤더슨 양성자 치료 센터의 의학 물리학자들도 포함된 연구팀은 1970년대 CERN의 선구적인 실험에서 등장한 기술인 양전자 방출 단층 촬영(PET)용으로 특별히 설계된 스캐너를 사용하여 이미지를 생성했습니다. . 인간 환자의 대리 역할을 하는 20개의 서로 다른 팬텀을 사용하여 팀은 맞춤형 PET 장비를 활용하여 양성자 빔의 빠른 시작과 조사 후 최대 XNUMX분 동안의 효과를 모두 이미지화했습니다.

"양성자에 의한 방사선 조사는 체내에서 많은 경우 양전자 방출체인 단기 수명의 동위원소를 생성합니다"라고 Lang은 설명합니다. “FLASH 양성자 치료를 통해 빔은 더 높은 양전자 강도를 생성하여 신호 강도를 높입니다. 작은 PET 검출기 어레이를 사용하더라도 우리는 이미지를 생성하고 동위원소의 풍부함과 시간에 따른 진화를 모두 측정할 수 있었습니다."

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="작지만 강력 함 PET 스캐너에 사용되는 검출기 배열은 상대적으로 작지만 FLASH 빔의 강도로 인해 이미지를 생성하고 동위원소의 존재비를 측정할 수 있습니다. (제공: Marek Proga, University of Texas at Austin)” title=”팝업에서 이미지를 열려면 클릭하세요” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/Detector-web.jpg” >

이러한 원리 증명 실험 중에 기록된 측정값은 인빔 PET 스캐너가 양성자 치료 치료를 위한 실시간 이미징 및 선량 측정을 제공할 수 있음을 시사합니다. 연구팀은 양성자 빔을 추출하는 동안 생성되는 프롬프트 감마(매우 짧은 시간에 걸쳐 핵 붕괴에 의해 생성되기 때문에 그렇게 명명됨)를 감지하여 양성자 빔의 강도를 결정할 수도 있었습니다. 장치를 약간만 수정하면 프롬프트 감마를 측정하여 양성자 빔의 스냅샷을 얻을 수 있고 PET를 사용하여 빔이 전달된 후 동위원소의 진화를 추적할 수 있다고 Lang은 믿습니다.

"이러한 결과는 임상 환경에서 유용한 측정을 제공하기 위해 기술에 대한 실험 설정을 개선하는 것이 문제라는 것을 보여줍니다."라고 그는 말합니다. "물론 우리는 여전히 많은 전임상 테스트가 필요하다는 것을 알고 있습니다. 하지만 현 단계에서는 이 기술에 대한 확실한 증거가 없다는 것이 분명합니다."

Lang과 그의 동료들은 그들의 접근 방식과 결과를 다음 두 편의 논문에서 설명합니다. 의학 및 생물학 물리학(PMB), 둘 다 무료로 액세스할 수 있습니다. 연구자들은 또한 일반적인 논문 출판 비용을 지불할 필요 없이 두 논문을 오픈 액세스로 출판할 수 있는 변형 계약(Transformative Agreement)이라는 새로운 출판 모델의 혜택을 누렸습니다.

IOP Publishing과 University of Texas System 사이의 소위 변혁적 계약에 따라 학술 그룹 내 모든 기관의 연구자는 무료로 연구 콘텐츠에 액세스하고 자신의 작업을 출판할 수 있습니다. 실제로, 의학물리공학연구소를 대신하여 PMB를 출판하는 IOP Publishing은 현재 변혁적 계약을 체결했습니다. 900개국 33개 이상의 기관과 함께 과학 저널 포트폴리오의 전부는 아니더라도 대부분에 대해 무료 액세스 및 출판을 제공합니다.

이러한 읽기 및 출판 계약의 목적은 오픈 액세스 출판으로의 전환을 가속화하는 것입니다. 이를 통해 연구자가 출판 비용에 대한 자체 자금을 확보할 필요가 없기 때문입니다. Lang의 경우, 과학을 개방하고 다양한 커뮤니티가 협력할 수 있도록 하는 모든 움직임은 미래 혁신을 주도할 다른 분야의 새로운 아이디어를 촉발하는 데 도움이 될 것입니다. “만약 내가 접근할 수 없는 흥미로운 논문을 발견한다면, 특히 그것이 다른 분야에 관한 것이라면, 내 작업에 도움이 될 수 있는 일부 정보를 놓치게 됩니다.”라고 그는 말합니다. “우리가 발전하려면 공개적이고 무료인 정보가 필수적입니다.”

입자 물리학에 대한 자신의 경험을 통해 Lang은 개방적이고 협력적인 연구 문화에서 나타날 수 있는 이점을 확인했습니다. "입자 물리학에서는 모든 사람이 자신의 최고의 생각과 성과를 공유하며, 사람들은 새로운 아이디어를 개발하고 활용하는 다양한 방법을 찾는 데 참여하기를 원합니다."라고 그는 말합니다. "그러한 협력적 사고방식이 없었다면 우리가 CERN, Fermilab 및 다른 곳에서 본 획기적인 발전은 일어나지 않았을 것입니다."

<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="주문 설계 엔지니어 Marek Proga(왼쪽), 박사 후 연구원 John Cesar 및 팀이 개발한 특수 PET 스캐너와 함께 있는 Karol Lang(가운데). 스캐너 구성은 환자가 치료되는 동안 빔 내 측정을 제공합니다. (제공: Michael Gajda, University of Texas at Austin)” title=”팝업에서 이미지를 열려면 클릭하세요” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- 새로운-뷰-온-플래시-양성자-치료-물리-세계-9.jpg”>

그러나 의학계의 일부 사람들, 특히 사전 임상 경험이 없는 물리학자의 새로운 아이디어에 덜 개방적인 태도를 보이는 것으로 인해 Lang이 좌절감을 느끼는 것은 분명합니다. “우리는 의학 물리학과 핵 이미징 분야의 최고의 기술 중 다수가 입자 물리학과 핵 물리학의 발전에서 비롯된다는 것을 알고 있지만, 최신의 새로운 아이디어를 의학에 도입하는 것은 어렵습니다.”라고 그는 말합니다. “이제 그 이유를 더 잘 이해하게 되었습니다. 검증된 의료 절차와 공식적인 치료 프로토콜을 변경하는 것은 단순히 더 나은 검출기를 교체하는 것보다 훨씬 더 복잡합니다. 하지만 해당 분야에 침투하여 참여하는 것이 얼마나 어려운지 여전히 실망스럽습니다. 공동연구 중”

Lang은 이전에 의료 탐지기를 만들려고 시도한 적이 있지만, 엄격하게 통제되는 병원 환경에 새로운 기술을 도입하는 데 있어 그와 다른 입자 물리학자들이 순진하거나 심지어 오만할 수도 있다는 점을 인정합니다. 그러나 이 새로운 작업을 위해 의학 물리학자 그룹은 그에게 입자 탐지기 제작에 대한 전문 지식이 필요한 연구 프로젝트를 주도해 줄 것을 요청했습니다. “나는 중성미자 물리학에 대한 연구를 계속하고 있지만 우리가 제공할 수 있는 것이 매우 독특하고 가치 있다고 믿기 때문에 참여하고 싶었습니다.”라고 Lang은 말합니다. "더 많이 알게 되면서 FLASH 치료라는 아이디어에 더 흥미를 갖게 되었고 정말 푹 빠져들게 되었습니다."

In-beam 이미징 기술을 임상 용도로 최적화하려면 더 많은 작업이 필요하지만 Lang은 단기적으로 FLASH 효과를 이해하는 데 도움이 되는 귀중한 연구 도구를 제공할 수 있다고 믿습니다. “FLASH가 왜 작동하는지, 또는 최상의 결과를 얻기 위해 어떤 빔 매개변수를 사용해야 하는지 정확히 아는 사람은 아무도 없습니다.”라고 그는 말합니다. "이것은 우리가 방사선이 건강한 조직이나 암 조직과 어떻게 상호작용하는지 완전히 이해하지 못한다는 것을 나에게 아주 깊이 시사합니다."

Lang은 이 새로운 도구를 사용하면 FLASH 치료 중에 작용하는 물리적 메커니즘을 탐색하는 것이 가능할 것이라고 주장합니다. "이 기술은 그렇게 강렬한 에너지 폭발에 노출된 후 인체가 어떻게 반응하는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "이것은 이전에 체계적으로 수행되지 않았던 방사선 조사의 시간 의존적 효과를 탐색할 수 있는 방법을 제공합니다."

그러나 장기적인 목표는 각 방사선 조사의 효과를 측정하여 후속 치료에 대한 정보를 제공하고 업데이트하는 이미지 기반 치료 방식을 만드는 것입니다. 이러한 적응적 접근법은 매일 약 30회 세션으로 더 적은 용량이 전달되는 기존 치료 프로토콜에서는 실용적이지 않지만, 암을 근절하기에 충분한 에너지를 전달하기 위해 몇 번의 용량만 필요로 하는 FLASH 치료에서는 더 실행 가능합니다.

"각 방사선 조사의 효과를 확인하면 치료의 역학, 실행 계획 및 결과가 완전히 바뀔 것입니다."라고 Lang은 말합니다. "에너지 양성자와 인체 사이의 상호 작용에 대한 더 나은 이해와 결합된 이러한 적응형 FLASH 프로토콜은 환자 결과에 혁신적인 영향을 미칠 수 있습니다."

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