Plastscintillasjonsdetektorer er en vinn-vinn i klinisk fysikkforskning og utdanning – Physics World

Plastscintillasjonsdetektorer er en vinn-vinn i klinisk fysikkforskning og utdanning – Physics World

Tidsstempel: 18. september 2023 5

Medisinske fysikere i tidlig karriere i Irland tar tak i en ny generasjon av sanntids, småfelts dosimetriløsninger basert på plastscintillasjonsdetektorer

Undervisning ved University of Galway
Praktisk læring Galways medisinske fysikkklynge setter Medscints HYPERSCINT-forskningsplattform til å fungere innenfor sine under- og postgraduate undervisningsprogrammer. (Med tillatelse: University of Galway)

Disruptiv innovasjon, kundesamarbeid, klinisk oversettelse: dette er de strategiske referansepunktene som ligger til grunn for produktutviklingens veikart på Medscint, et Québec City-basert teknologiselskap som kombinerer ekspertise innen fotonikk, scintillasjonsdosimetri og medisinsk fysikk. Sluttspillet: intet mindre enn et paradigmeskifte innen best practice innen radioterapidosimetri muliggjort av en ny generasjon plastscintillatorer som kombinerer nær-vann-ekvivalens og sanntidsrespons med høy romlig oppløsning og MR-Linac-kompatibilitet. Medscints optiske detektorer - kjent kommersielt som HYPERSCINT forskningsplattform – tilbyr også flerpunktskapasitet med et kompakt fotavtrykk (0.5 mm lang, 0.5 mm diameter), som gjør dem ideelle for småfeltsdosimetri og avansert fantomutvikling.

"Vår proprietære kunnskap innen optisk vitenskap og plastscintillatorer kommer til sin rett etter hvert som feltene for strålebehandling blir mindre og geometrisk mer komplekse," hevder Jonathan Turcotte, medgründer og markedssjef i Medscint. Uten behov for småfelt-korreksjonsfaktorer for å karakterisere enhetens oppførsel, gir Medscint-dosimetre et sanntidsmåleverktøy som kombinerer høy linearitet med hensyn til dose og dosehastighet. Det brede lineære dynamiske området er relevant i begge ender av behandlingsspekteret, enten det er for nye bestrålingsskjemaer med lav dosehastighet eller – med skreddersydd funksjonalitet for linac pulstelling og dose-per-puls-måling – som et tillegg til ultrahøydose- rangere FLASH-strålebehandlingsapplikasjoner (som har potensial til å drastisk redusere sideskade og toksisitet i normalt friskt vev og samtidig bevare antitumoraktivitet).

Ut av laboratoriet, inn på klinikken

Mens klinisk oversettelse er den kommersielle prioriteringen på kort og mellomlang sikt, har Turcotte og hans kolleger til dags dato posisjonert HYPERSCINT Research Platform med en gruppe innovative, tverrfaglige FoU-team som jobber for å realisere neste generasjons strålebehandlingssystemer. "Som et teknologiselskap i tidlig stadium," forklarer han, "har vi et samarbeidsforhold med våre kunder og forskningspartnere – totalt 25 grupper over hele Nord-Amerika, Europa og Asia som bidrar til å forme produktutviklingen vår og til slutt informerer veien til klinisk oversettelse i stor skala.»

Mark Foley
Mark Foley "Vi har satt opp en dedikert forskningsstrøm for å evaluere og benchmarke Medscints plastscintillasjonsdetektorer." (Med tillatelse: University of Galway)

En casestudie i denne forbindelse er Mark Foley og teamet hans i forskningsklyngen for medisinsk fysikk ved Universitetet i Galway vest i Irland. Foleys brede forskningsinteresser sentrerer seg rundt forbedrede stråleterapiordninger, med banebrytende arbeid med Monte Carlo-modellering og simulering samt neste generasjons scintillasjonsdosimetrisystemer. Forskningsprogrammet hans henger sammen med en travel undervisningsmengde, og spenner over grunnkurs i biomedisinsk og strålingsfysikk så vel som Galways MSc i medisinsk fysikk, det første masterprogrammet i Europa som mottok formell akkreditering fra Nord-Amerika Kommisjonen for akkreditering av utdanningsprogrammer for medisinsk fysikk (CAMPEP).

"Vi ble Medscints første europeiske kunde da vi kjøpte HYPERSCINT Research Platform sommeren 2021," forklarer Foley. Systemet har siden blitt gjennomgått i en serie på fem pilotprosjekter som involverer MSc- og PhD-studenter innenfor Galways medisinske fysikk-klynge – selv om den relaterte forskningsaktiviteten er satt til å skalere raskere enn senere. "Vi har satt opp en dedikert forskningsstrøm for å evaluere og benchmarke Medscints plastscintillasjonsdetektorer," sier Foley. "Denne FoU-innsatsen ligger sammen med et etablert arbeidsprogram der vi utvikler en ny klasse uorganiske scintillasjonsdetektorer for avanserte dosimetriapplikasjoner."

Etter at studentene hans i medisinsk fysikk er oppdatert med HYPERSCINT Research Platform, oppfordrer Foley dem til å forfølge ytterligere spesialistlæring og kunnskap innen scintillasjonsdosimetri – hovedsakelig gjennom kortsiktige forskningsplasseringer ved partnerlaboratorier innenfor Galways internasjonale nettverk. "Vi setter våre MSc- og PhD-studenter opp med ferdighetene og tekniske domenekunnskapen de trenger for å komme i gang," forklarer Foley. "Vi vil sørge for at det ikke er noen uoverkommelig bratt læringskurve når de starter forskningsprosjektene sine."

Et etablert samarbeid i denne forbindelse er med Magdalena Bazalova-Carter's XCITE Lab ved University of Victoria i British Columbia, Canada. XCITE-teamet er en tidlig bruker av Medscints sanntids-dosimetriløsning for små felt for forskningsstudier på FLASH-bestrålingsskjemaer i eksperimenter med svært små dyr – eksponerer for eksempel fruktfluelarver for ultrahøye doserater og sporer komparativ overlevelse kontra konvensjonelle bestrålingsordninger. Laboratoriet evaluerer også FLASH-effekten på sunt vev hos mus.

Slike samarbeid ser ut til å representere en vinn-vinn. Et eksempel er Kevin Byrne, en tidligere MSc-student i Foleys gruppe som, etter en forskerplassering ved XCITE, nå jobber som medisinsk forskningsfysiker innen divisjonen for translasjonell strålingsvitenskap ved University of Maryland School of Medicine (Baltimore, MD). Under tilsyn av Kai Jiang, assisterende professor i strålingsonkologi, fortsetter Byrne å jobbe med plastiske og uorganiske scintillasjonsdetektorer innenfor et bredere forskningsprogram som undersøker FLASH-effektene av ultrahøydose-rate elektron- og protonstråler på prekliniske modeller. "Det er noe av en 'dydig sirkel' i spill her," forklarer Foley, "med Kevin som fortsetter med å veilede andre besøkende MSc- og PhD-studenter fra Galway med sine prosjekter innen scintillasjonsdosimetri."

Kreativ utdanning

Til tross for Galways utnyttelse av Medscint-teknologi i en medisinsk fysikkforskningskontekst, setter Foley også HYPERSCINT-forskningsplattformen i sentrum i sin undergraduate undervisning. "Oppgaven er å skape et mer dynamisk forskningsledet læringsmiljø ved å utnytte bærbare demonstrasjonsenheter som Medscint-systemet," forklarer han. "På denne måten bruker vi Medscints plastiske scintillasjonsdetektorer for å introdusere det grunnleggende om strålingsdosimetri for førsteårsstudenter, samtidig som vi forsterker disse konseptene med en strukturert læringsvei hele veien gjennom pensumet til fjerde års lavere nivå og masterstudier ."

Samtidig, hevder Foley, blir statusen til Galways MSc i medisinsk fysikk ytterligere forbedret av CAMPEP-akkreditering, som betyr at masterstudenter uteksamineres med "iboende overførbarhet og mobilitet" som en del av den akademiske pakken. "Du vil finne våre MSc-studenter som går inn i forsknings- og klinisk fysikkroller ved ledende stråleonkologiske sentre i Storbritannia og Irland samt Nord-Amerika, Australia og New Zealand," avslutter han. "Et annet stort pluss med CAMPEP-overholdelse er at det letter veien når vi etablerer nye samarbeid med andre CAMPEP-akkrediterte forskningsprogrammer i USA og Canada."

Disruptiv innovasjon, klinisk oversettelse

Jonathan Turcotte
Jonathan Turcotte "Plastscintillatorer representerer en forstyrrende teknologi innen strålebehandling QA og dosimetri." (Med tillatelse: Medscint)

Medscint har som mål å "omskrive regelboken om småfeltsdosimetri" basert på sin proprietære optiske kunnskap innen plastscintillasjonsdetektorer. Det er påstanden til Jonathan Turcotte, leverandørens medgründer og markedssjef, hvis fokus, sammen med kollegene hans, ubønnhørlig skifter til de fine detaljene i klinisk oversettelse og QA-kravene til kliniske sluttbrukere for neste generasjons strålebehandlingsmetoder.

"Vi har bygget opp virksomheten så langt ved å få gjennomslag med en kohort av innovative, forskningsledede medisinske fysikkprogrammer - alle jobber med å definere morgendagens beste praksis innen stråleterapidosimetri," forklarer han. "Det neste trinnet i Medscints utvikling vil være mer en tosporsstrategi – å fortsette å målrette ledende forskningskunder samtidig som vi på kort sikt pivoterer til det kliniske QA-markedet."

Senere i år, for eksempel, forventer Turcotte og teamet hans å sikre 510(k) regulatorisk godkjenning fra US Food and Drug Administration (FDA) for et klinisk system som blir stilt opp for småfeltsdosimetriapplikasjoner i maskin QA. Det påfølgende CE-merket er beregnet til 2024 som en forløper for installasjoner med kliniske kunder i det europeiske økonomiske samarbeidsområdet (EØS).

"Selv om plastscintillatorer representerer en forstyrrende teknologi innen QA og dosimetri for strålebehandling," bemerker Turcotte, "er det viktig at omtrent ett av seks kliniske fysikkprogrammer med CAMPEP-akkreditering allerede jobber med produktene våre i en forskningsmiljø."

Videre lesing

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden