Hoge-energiefysica-apparaten aangepast voor elektronen-FLASH-dosimetrie

Het bewaken en beheersen van de straling die aan elke patiënt wordt toegediend, is van het grootste belang bij bestralingstherapie. Dit is een huidige uitdaging in opkomende modaliteiten met ultrahoge dosissnelheid, zoals elektronen-FLASH-stralingstherapie (eFLASH).

FLASH-radiotherapie levert straling met ultrahoge dosissnelheden, verkort de behandelingskuur en verbetert weefselsparing in vergelijking met conventionele radiotherapie.

“Een van de dingen die we [met FLASH] moeten ophelderen, is wat het biologische mechanisme is achter het spaarzame effect en hoe dit afhangt van de manier waarop we deze ultrahoge doseringen toedienen. Om te bepalen dat we precies moeten weten wat we leveren”, legt uit Emil Schuler van het Universiteit van Texas MD Anderson Cancer Center. “Een goed begrip hebben van de exacte parameters voor elke puls die wordt afgegeven, lijkt belangrijk. Totdat we meer weten, moeten we dat soort gedetailleerde kennis van onze leveringen hebben, en dat is waar conventionele apparatuur suboptimaal is gebleken.”

Bij conventionele radiotherapie wordt de stralingsafgifte gecontroleerd met behulp van transmissie-ionenkamers. Hoewel ionenparen af ​​en toe recombineren in deze dosimeters, vertegenwoordigt ionenrecombinatie slechts een klein percentage van de metingen (minder dan 5%) en deze gebeurtenissen kunnen worden verklaard met behulp van modellen en correctiefactoren. In eFLASH-bundels met een hoge dosissnelheid kan echter meer dan 90% van de ionenparen recombineren, conventionele modellen die corrigeren voor recombinatie van ionenparen breken af, en nauwkeurige bewaking en controle van de bundel wordt een uitdaging - zo niet onmogelijk.

Onder leiding van Schüler en Sam Beddar, heeft een team van MD Anderson-onderzoekers onlangs een manier beschreven om de uitdagingen te overwinnen die inherent zijn aan eFLASH-beammonitoring. Hun oplossing vindt zijn oorsprong in experimenten met hoge-energiefysica.

Bundelstroomtransformatoren voor FLASH

In hun studie, gerapporteerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Klinische Medische Fysica, introduceren de onderzoekers een geïntegreerd systeem voor bundelstroomtransformatoren (BCT's) om de door de Mobetron system, een commerciële lineaire versneller voor elektronentherapie vervaardigd door IntraOp.

BCT's, die oorspronkelijk werden gebruikt in de bundellijnen van experimenten met hoge-energiefysica, meten de geïnduceerde stroom van elektronen die er doorheen gaan. Voortbouwend op werkzaamheden uitgevoerd bij Universiteit van Lausanne, IntraOp-ingenieurs hebben de Mobetron-kop opnieuw ontworpen om plaats te bieden aan twee BCT's: één achter de primaire verstrooiingsfolie; de andere stroomafwaarts van de secundaire verstrooiingsfolie.

De MD Anderson-onderzoekers karakteriseerden vervolgens uitgebreid de BCT-respons op elektronenbundels met een ultrahoge dosissnelheid bij 6 en 9 MeV. Ze bewaakten de bundeloutput in verschillende dosimetrische opstellingen en met verschillende collimatie als functie van dosis, verstrooiingsomstandigheden en fysieke bundelparameters, waaronder pulsbreedte, pulsherhalingsfrequentie en dosis per puls. Dosimetrische evaluaties werden uitgevoerd met GafChromic EBT3-film, een standaard dosimeter die de totale dosis afleest, onafhankelijk van het dosistempo. Experimentele studies werden drie keer uitgevoerd om herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid te garanderen.

Het team concludeerde dat BCT's eFLASH-stralen nauwkeurig kunnen bewaken, de prestaties van de versneller kunnen kwantificeren en essentiële fysieke straalparameters puls voor puls kunnen vastleggen.

Nu onderzoeken ze de bron van, en manieren om te corrigeren voor, hogere differentiële terugverstrooiingsniveaus gemeten in de bovenste BCT ten opzichte van de onderste BCT. Deze discrepanties werden gemeten buiten het bereik van waarschijnlijke klinische eFLASH-straalparameters. Het team van Schüler en Beddar ontwikkelt ook methoden om de vlakheid en symmetrie van de bundel te meten, die tot op heden niet kunnen worden gemeten met BCT's.

Fotonen, protonen of elektronen: wat brengt FLASH-radiotherapie naar de kliniek?

Het overkoepelende doel van dit onderzoek, zegt Schüler, is ervoor te zorgen dat stralingsfysici eFLASH-stralingsbehandelingen nauwkeurig en nauwkeurig kunnen uitvoeren.

"Het komt er echt op aan ervoor te zorgen dat we een veilige en robuuste klinische vertaling van deze technologie kunnen garanderen", zegt Schüler. “Voor medische fysici gaat dit een beetje buiten onze comfortzone… buiten de standaardapparatuur die we nu gebruiken, wanneer FLASH-radiotherapie een realiteit wordt. We proberen ook de ionenkamertechnologie te ontwikkelen voor deze ultrahoge dosissnelheden, maar voor [beam] monitoring, vooral als het gaat om elektronenbundellijnen, is het onwaarschijnlijk dat we transmissiekamers op dezelfde manier kunnen gebruiken als we eerder hebben gehad met conventionele radiotherapie met een dosistempo."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/high-energy-physics-devices-adapted-for-electron-flash-dosimetry/