Een Europees onderzoeksteam heeft een prototype op diamanten gebaseerde Schottky-diodedetector gebruikt om met succes een ElektronFlash onderzoeksversneller voor zowel conventionele als preklinische FLASH-radiotherapie. De nieuwe detector bleek een nuttig hulpmiddel te zijn voor snelle en reproduceerbare bundelkarakterisering, geschikt voor ultrahoge dosissnelheden (UH-DR) en ultrahoge dosis-per-puls (UH-DPP) omstandigheden. Dit is een mijlpaal voor het ontwikkelingsteam, dat aan het hoofd staat van de Universiteit van Rome Tor Vergata, aangezien er momenteel geen commerciële realtime actieve dosimeters voor FLASH-radiotherapie beschikbaar zijn.
FLASH-radiotherapie is een opkomende kankerbehandelingstechniek waarbij doelweefsels worden bestraald met veel hogere dosissnelheden dan bij conventionele bestralingstherapie, en bijgevolg voor veel kortere bestralingstijden. Deze ultrahoge dosissnelheid veroorzaakt het zogenaamde FLASH-effect: een afname van de door straling geïnduceerde toxiciteit voor omringende normale weefsels, terwijl een gelijkwaardige tumordodende respons wordt gehandhaafd.
Deze opkomende technologie wordt wereldwijd geprezen als een opwindende behandelingsstrategie met het potentieel om de toekomst van klinische kankertherapie te veranderen. Maar er zijn obstakels die moeten worden overwonnen, waaronder de ontwikkeling van een nauwkeurig, efficiënt te gebruiken dosimetriesysteem om de stralingsdosis in realtime te bepalen.
De huidige commerciële real-time dosimeters zoals ionisatiekamers en vastestofdetectoren zijn niet geschikt voor klinisch gebruik, vanwege recombinatie-, verzadigings- en niet-lineariteitseffecten die in hun reactie worden waargenomen. Passieve dosismeters zoals alanine- en GAFchromic-films werken, maar hun respons kan uren of zelfs dagen na een bestralingsprocedure niet worden gegenereerd, waardoor ze onpraktisch zijn voor de dagelijkse kwaliteitsborging van linac.
Om deze beperkingen te overwinnen, ontwierp het team de flashDiamond (fD) -detector speciaal voor UH-DR- en UH-DPP-toepassingen, en beschreef het in een artikel van januari 2022 in Medische Fysica. Nu, hoofdonderzoeker... Gianluca Verona Rinati en collega's hebben een systematisch onderzoek uitgevoerd naar de fD-detectorrespons op gepulseerde elektronenstralen, waarbij de responslineariteit werd gevalideerd bij DPP's tot ongeveer 26 Gy / puls, onmiddellijke dosissnelheden van ongeveer 5 MGy / s en gemiddelde dosissnelheden van ongeveer 1 kGy / s .
De onderzoekers gebruikten vervolgens de fD-detector om een ElectronFlash-linac op Sordina Iort-technologieën (SIT) in Italië, die hun bevindingen rapporteren in Medische Fysica.
Dosimetrische karakterisering
Om het fD-prototype te beoordelen, voerde het team eerst geabsorbeerde dosiskalibraties uit onder drie verschillende bestralingsomstandigheden: 60Co-bestraling in referentieomstandigheden bij het PTW secundair standaardlaboratorium (PTW-Freiburg); UH-DPP elektronenbundels op PTB; en ElectronFlash-stralen in conventionele omstandigheden bij SIT.
Het is bemoedigend dat de waarden die werden verkregen uit de kalibratieprocedures in de drie faciliteiten goed overeenkwamen. De gevoeligheden van een fD-prototype verkregen onder 60Co-bestraling, met UH-DPP elektronenbundels en met conventionele elektronenbundels waren respectievelijk 0.309 ± 0.005, 0.305 ± 0.002 en 0.306 ± 0.005 nC/Gy. Dit geeft aan dat er geen verschillen zijn in de respons van het fD-prototype wanneer conventionele of UH-DPP-elektronenstralen worden gebruikt, of tussen 60Co- en elektronenstraalbestraling.
Het team onderzocht vervolgens de lineariteit van de fD-respons in het UH-DPP-bereik. Door de DPP te variëren tussen 1.2 en 11.9 Gy, bleek dat de respons van het prototype lineair was tot ten minste de maximaal onderzochte waarde van 11.9 Gy.
De onderzoekers vergeleken de resultaten van de fD-detector met die van commercieel beschikbare dosimeters, waaronder een microDiamond, een Advanced Markus-ionisatiekamer, een siliciumdiodedetector en EBT-XD GAFchromic-films. Ze zagen een goede overeenkomst tussen de procentuele dieptedosiscurven, bundelprofielen en outputfactoren gemeten door het fD-prototype en de referentiedetectoren, voor conventionele en (met EBT-XD-films) UH-DPP-straling.
Geconverteerde klinische linac levert FLASH-radiotherapie
Ten slotte gebruikte het team de fD-detector om de ElectronFlash-linac in gebruik te nemen, die in zowel conventionele als UH-DPP-modaliteiten kan werken. De linac is uitgerust met verschillende cilindrische PMMA-applicators, met een diameter tussen 30 en 120 mm, die worden gebruikt om de DPP te variëren. De inbedrijfstelling werd voltooid door het verkrijgen van procentuele dieptedosis- en bundelprofielen voor gepulseerde elektronenbundels van 7 en 9 MeV, met behulp van alle verschillende applicators, en in zowel conventionele als UH-DPP-modaliteiten.
De onderzoekers concluderen dat het fD-prototype een waardevol hulpmiddel zou kunnen zijn voor de inbedrijfstelling van elektronenbundellinacs voor FLASH-radiotherapie. Ze voeren momenteel Monte Carlo-simulaties uit van zowel de ElectronFlash linac-stralen als de fD-detector om hun dosimetrische waarderingen theoretisch te ondersteunen.
