Diamantdosimeter står i kø for FLASH-strålebehandling

Et europeisk forskerteam har brukt en prototype diamantbasert Schottky-diodedetektor for å lykkes med å sette i gang en ElectronFlash forskningsakselerator for både konvensjonell og preklinisk FLASH-strålebehandling. Den nye detektoren viste seg å være et nyttig verktøy for rask og reproduserbar strålekarakterisering, egnet for tilstander med ultrahøy dose (UH-DR) og ultrahøy dose-per-puls (UH-DPP). Dette er en milepæl for utviklingsteamet, ledet ved Universitetet i Roma Tor Vergata, ettersom ingen kommersielle sanntids aktive dosimetre for FLASH-strålebehandling er tilgjengelig for øyeblikket.

FLASH-strålebehandling er en ny kreftbehandlingsteknikk der målvev bestråles med mye høyere doserater enn med konvensjonell strålebehandling, og følgelig for mye kortere bestrålingstider. Denne ultrahøye dosehastigheten forårsaker den såkalte FLASH-effekten: en reduksjon i strålingsindusert toksisitet til omkringliggende normalt vev, samtidig som den opprettholder tilsvarende tumor-drepende respons.

Denne nye teknologien blir hyllet globalt som en spennende behandlingsstrategi med potensial til å endre fremtiden for klinisk kreftterapi. Men det er hindringer å overvinne, en av dem har vært utviklingen av et nøyaktig, effektivt dosimetrisystem for å bestemme stråledose i sanntid.

Gjeldende kommersielle sanntidsdosimetre som ioniseringskamre og faststoffdetektorer er ikke egnet for klinisk bruk, på grunn av rekombinasjons-, metnings- og ikke-linearitetseffekter observert i responsen deres. Passive dosimetre som alanin og GAFchromic-filmer fungerer, men responsen deres genereres kanskje ikke før timer eller til og med dager etter en bestrålingsprosedyre, noe som gjør dem upraktiske for daglig linac-kvalitetssikring.

For å overvinne disse begrensningene utviklet teamet flashDiamond (fD)-detektoren spesielt for UH-DR- og UH-DPP-applikasjoner, og beskrev den i en artikkel fra januar 2022 i Medisinsk fysikk. Nå, hovedetterforsker Gianluca Verona Rinati og kolleger har utført en systematisk undersøkelse av fD-detektorrespons på pulserte elektronstråler, og validert dens responslinearitet ved DPP-er på opptil ca. 26 Gy/puls, øyeblikkelige dosehastigheter på ca. 5 MGy/s og gjennomsnittlige dosehastigheter på rundt 1 kGy/s .

Forskerne brukte deretter fD-detektoren til å sette i gang en ElectronFlash-linac kl Sordina Iort Technologies (SIT) i Italia, og rapporterte funnene sine i Medisinsk fysikk.

Dosimetrisk karakterisering

For å vurdere fD-prototypen, utførte teamet først absorberte dosekalibreringer under tre forskjellige bestrålingsforhold: ⁶⁰Kobestråling under referanseforhold ved PTW sekundærstandardlaboratoriet (PTW-Freiburg); UH-DPP elektronstråler kl PTB; og ElectronFlash-stråler under konvensjonelle forhold ved SIT.

Oppmuntrende nok stemte verdiene oppnådd fra kalibreringsprosedyrene ved de tre anleggene godt. Følsomhetene til en fD-prototype oppnådd under ⁶⁰Sambestråling, med UH-DPP elektronstråler og med konvensjonelle elektronstråler var henholdsvis 0.309±0.005, 0.305±0.002 og 0.306±0.005 nC/Gy. Dette indikerer at det ikke er noen forskjeller i fD-prototyperesponsen når konvensjonelle eller UH-DPP elektronstråler brukes, eller mellom ⁶⁰Co- og elektronstrålebestråling.

Teamet undersøkte deretter fD-responslineariteten i UH-DPP-området. Variering av DPP mellom 1.2 og 11.9 Gy viste at prototypens respons var lineær i det minste opp til den maksimale undersøkte verdien på 11.9 Gy.

Forskerne sammenlignet også fD-detektorresultatene med resultatene til kommersielt tilgjengelige dosimetre, inkludert en microDiamond, et Advanced Markus ioniseringskammer, en silisiumdiodedetektor og EBT-XD GAFchromic-filmer. De observerte god samsvar mellom prosentvise dybdedosekurver, stråleprofiler og utgangsfaktorer målt av fD-prototypen og referansedetektorene, for konvensjonell og (med EBT-XD-filmer) UH-DPP-bestråling.

Til slutt brukte teamet fD-detektoren til å sette i gang ElectronFlash linac, som er i stand til å operere i både konvensjonelle og UH-DPP-modaliteter. Linacen er utstyrt med flere sylindriske PMMA-applikatorer, på mellom 30 og 120 mm i diameter, som brukes til å variere DPP. Igangkjøring ble fullført ved å anskaffe prosentvise dybdedose- og stråleprofiler for 7 og 9 MeV pulserte elektronstråler, ved bruk av alle de forskjellige applikatorene, og i både konvensjonelle og UH-DPP-modaliteter.

Forskerne konkluderer med at fD-prototypen kan vise seg å være et verdifullt verktøy for idriftsettelse av elektronstrålelinacs for FLASH-strålebehandling. De utfører for tiden Monte Carlo-simuleringer av både ElectronFlash linac-strålene og fD-detektoren for å gi teoretisk støtte til deres dosimetriske verdivurderinger.