Partikkelfysikk tilbyr nye syn på FLASH protonterapi – 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="Mot bildeveiledet FLASH En PET-skanner utviklet av Karol Lang og hans kolleger kan visualisere og måle effekten av protonterapi mens strålen leveres. (Med tillatelse: Marek Proga, University of Texas i Austin)”>

Banebrytende teknologier som opprinnelig ble skapt for de mest ambisiøse eksperimentene innen partikkelfysikk har ofte utløst innovasjoner innen medisinsk behandling og diagnose. Fremskritt innen akseleratorer og strålelinjeteknikk har hjulpet utviklingen av svært effektive strategier for behandling av kreft, mens detektorer designet for å fange opp de mest unnvikende partiklene har tilbudt nye måter å se menneskekroppen på.

I en nylig utvikling har et USA-basert forskerteam ledet av Karol Lang, en eksperimentell partikkelfysiker ved University of Texas i Austin, for første gang oppnådd sanntidsavbildning av effekten av FLASH protonterapi før, under og etter levering av bjelken. Disse nye FLASH-behandlingene administrerer ultrahøye doser over ekstremt korte tidsrom, som effektivt kan utrydde kreftceller samtidig som de forårsaker mindre skade på sunt vev. FLASH-behandlinger krever færre bestrålinger over kortere behandlingssykluser, noe som vil tillate flere pasienter å dra nytte av protonterapi og betydelig redusere risikoen for strålingsrelaterte bivirkninger.

Forskerteamet, som også involverer medisinske fysikere ved MD Anderson Proton Therapy Center i Houston, produserte bildene ved hjelp av en spesialdesignet skanner for positron-emisjonstomografi (PET), en teknikk som i seg selv dukket opp fra banebrytende eksperimenter ved CERN på 1970-tallet . Ved å bruke fem forskjellige fantomer som fungerer som surrogater for en menneskelig pasient, utnyttet teamet deres spesialtilpassede PET-instrument for å avbilde både den raske utbruddet av protonstrålen og dens effekter opptil 20 minutter etter bestråling.

"Bestråling av protoner produserer kortlivede isotoper i kroppen som i mange tilfeller er positronemittere," forklarer Lang. "Med FLASH protonterapi genererer strålen en høyere positronintensitet, noe som øker styrken til signalet. Selv med små PET-detektorer var vi i stand til å produsere bilder og måle både forekomsten av isotopene og deres utvikling over tid."

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Liten, men kraftig Detektorarrayene som brukes i PET-skanneren er relativt små, men intensiteten til FLASH-strålen gjør det mulig å produsere bilder og måle mengdene til isotopene. (Med tillatelse: Marek Proga, University of Texas i Austin)” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

Målingene som ble registrert under disse proof-of-princip-eksperimentene antyder at en in-beam PET-skanner kan gi sanntidsbilde og dosimetri for protonterapibehandlinger. Teamet var til og med i stand til å bestemme intensiteten til protonstrålen ved å oppdage prompte gammaer - slik kalt fordi de produseres ved forfall av kjerner over svært korte tidsskalaer - produsert under utvinningen av protonstrålen. Med bare en liten modifikasjon av apparatet, mener Lang at prompt-gammaene kan måles for å få et øyeblikksbilde av protonstrålen, med PET som deretter brukes til å følge utviklingen av isotopene etter at strålen er levert.

"Disse resultatene viser at det bare ville være et spørsmål om å forbedre det eksperimentelle oppsettet for teknikken for å gi nyttige målinger i en klinisk setting," sier han. "Selvfølgelig vet vi at det fortsatt vil trenge mye pre-klinisk testing, men på dette stadiet er det klart at det ikke er noen showstoppers for teknikken."

Lang og hans kolleger beskriver deres tilnærming og resultater i to artikler publisert i Fysikk i medisin og biologi (PMB), som begge er gratis å få tilgang til. Forskerne hadde også fordel av en ny publiseringsmodell, kalt en transformativ avtale, som tillot dem å publisere begge artiklene med åpen tilgang uten å måtte betale de vanlige artikkelpubliseringskostnadene.

Under disse såkalte transformative avtalene, i dette tilfellet mellom IOP Publishing og University of Texas System, kan forskere ved enhver institusjon innenfor den akademiske gruppen både få tilgang til forskningsinnhold og publisere eget arbeid gratis. Faktisk, IOP Publishing – som publiserer PMB på vegne av Institute of Physics and Engineering in Medicine – nå har transformative avtaler på plass med mer enn 900 institusjoner i 33 forskjellige land, som gir gratis tilgang og publisering på tvers av de fleste om ikke hele porteføljen av vitenskapelige tidsskrifter.

Målet med disse les-og-publiser-avtalene er å akselerere overgangen til åpen publisering, siden det unngår behovet for forskere å skaffe egne midler til publiseringskostnader. For Lang vil ethvert grep som åpner opp vitenskapen og gjør det mulig for ulike samfunn å samarbeide, bidra til å utløse nye ideer fra andre disipliner som vil drive fremtidig innovasjon. "Hvis jeg kommer over et interessant papir som jeg ikke får tilgang til, spesielt hvis det er i et annet felt, mangler jeg noe informasjon som kan hjelpe meg i arbeidet mitt," sier han. "Åpen og gratis informasjon er avgjørende for at vi skal komme videre."

Fra sine egne erfaringer innen partikkelfysikk har Lang sett fordelene som kan komme fra en åpen og samarbeidende forskningskultur. "I partikkelfysikk deler alle sine beste tanker og prestasjoner, og folk ønsker å bli involvert i å finne forskjellige måter å utvikle og utnytte nye ideer på," sier han. "Uten den samarbeidende tankegangen ville gjennombruddene vi har sett på CERN, Fermilab og andre steder bare ikke ha skjedd."

<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="Tilpasset design Karol Lang (i midten) med ingeniør Marek Proga (til venstre) og post-doc-forsker John Cesar og den spesialbygde PET-skanneren utviklet av teamet. Konfigurasjonen av skanneren gir målinger i strålen mens pasienten behandles. (Med tillatelse: Michael Gajda, University of Texas i Austin)” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg">

Imidlertid er det tydelig at Lang er frustrert over at noen mennesker i det medisinske miljøet ser ut til å være mindre åpne for nye ideer, spesielt fra en fysiker som ikke har noen tidligere klinisk erfaring. "Vi vet at mange av de beste teknologiene innen medisinsk fysikk og kjernefysisk avbildning kommer fra fremskritt innen partikkel- og kjernefysikk, men det er vanskelig å bringe de siste nye ideene inn i medisinen," sier han. "Jeg forstår nå bedre hvorfor det er - å endre velprøvde medisinske prosedyrer og formelle behandlingsprotokoller er mye mer komplisert enn bare å bytte inn en bedre detektor - men jeg er fortsatt skuffet over hvor vanskelig det er å trenge inn i sektoren og engasjere seg i forskningssamarbeid."

Mens Lang har forsøkt å bygge medisinske detektorer før, erkjenner han at han og andre partikkelfysikere kan være skyldige i naivitet eller til og med arroganse når det gjelder å introdusere nye teknologier i det strengt kontrollerte sykehusmiljøet. For dette nye arbeidet ba en gruppe medisinske fysikere ham imidlertid om å ta ledelsen i et forskningsprosjekt som krevde hans ekspertise på å bygge partikkeldetektorer. "Jeg fortsetter fortsatt forskningen min innen nøytrinofysikk, men jeg tror at det vi kan tilby er så unikt og verdifullt at jeg ønsket å bli involvert," sier Lang. "Da jeg lærte mer, ble jeg mer fascinert og ble virkelig hekta på ideen om FLASH-behandlinger."

Mens mer arbeid vil være nødvendig for å optimalisere in-beam avbildningsteknikken for klinisk bruk, tror Lang at den på kort sikt kan tilby et verdifullt forskningsverktøy for å hjelpe til med å forstå FLASH-effekten. "Ingen vet egentlig hvorfor FLASH fungerer, eller nøyaktig hvilke stråleparametere som bør brukes for å oppnå de beste resultatene," sier han. "Det antyder for meg ganske dypt at vi ikke helt forstår hvordan stråling interagerer med verken sunt eller kreftvev."

Med dette nye instrumentet, hevder Lang, ville det være mulig å utforske de fysiske mekanismene som spiller under en FLASH-behandling. "Denne teknikken kan hjelpe oss å forstå hvordan menneskekroppen reagerer etter at den har blitt bestrålt med så intense energiutbrudd," sier han. "Det tilbyr en måte å utforske de tidsavhengige effektene av bestrålingen, som det ser ut til at jeg ikke har blitt gjort systematisk før."

På lengre sikt er imidlertid målet å skape en bildeveiledet behandlingsmodalitet som vil måle effekten av hver bestråling for å informere og oppdatere påfølgende behandlinger. Slike adaptive tilnærminger er upraktiske med konvensjonelle behandlingsprotokoller, der mindre doser leveres i rundt 30 daglige økter, men kan være mer levedyktige med FLASH-behandlinger som kanskje bare krever noen få doser for å levere nok energi til å utrydde kreften.

"Å sjekke effekten av hver bestråling vil fullstendig forandre dynamikken, logistikken og resultatene av behandlingen," sier Lang. "Kombinert med en bedre forståelse av interaksjonene mellom energiske protoner og menneskekroppen, kan slike adaptive FLASH-protokoller ha en revolusjonerende innvirkning på pasientresultater."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/