Diamentowy dozymetr gotowy do radioterapii FLASH

Europejski zespół badawczy wykorzystał prototypowy detektor z diodą Schottky'ego na bazie diamentu do pomyślnego uruchomienia Błysk elektronowy akcelerator badań zarówno konwencjonalnej, jak i przedklinicznej radioterapii FLASH. Nowatorski detektor okazał się przydatnym narzędziem do szybkiej i powtarzalnej charakteryzacji wiązki, odpowiedniej do warunków ultrawysokiej dawki (UH-DR) i ultrawysokiej dawki na impuls (UH-DPP). Jest to przełomowe osiągnięcie dla zespołu programistów, kierowanego w Uniwersytet Rzymski Tor Vergata, ponieważ obecnie nie są dostępne komercyjne aktywne dozymetry działające w czasie rzeczywistym do radioterapii FLASH.

Radioterapia FLASH to nowa technika leczenia raka, w której tkanki docelowe są napromieniane przy użyciu znacznie wyższych dawek niż w przypadku konwencjonalnej radioterapii, a co za tym idzie, przez znacznie krótszy czas napromieniania. Ta ultrawysoka dawka powoduje tak zwany efekt FLASH: zmniejszenie toksyczności wywołanej promieniowaniem dla otaczających zdrowych tkanek, przy jednoczesnym zachowaniu równoważnej odpowiedzi na zabijanie guza.

Ta nowa technologia jest chwalona na całym świecie jako ekscytująca strategia leczenia, która może zmienić przyszłość klinicznej terapii przeciwnowotworowej. Jednak istnieją przeszkody do pokonania, z których jedną było opracowanie dokładnego, wydajnego w użyciu systemu dozymetrycznego do określania dawki promieniowania w czasie rzeczywistym.

Obecne komercyjne dozymetry działające w czasie rzeczywistym, takie jak komory jonizacyjne i detektory półprzewodnikowe, nie nadają się do użytku klinicznego ze względu na efekty rekombinacji, nasycenia i nieliniowości obserwowane w ich odpowiedzi. Dozymetry pasywne, takie jak folie alaninowe i chromowe GAF, działają, ale ich odpowiedź może nie być generowana przez wiele godzin lub nawet dni po procedurze napromieniania, co czyni je niepraktycznymi w codziennej kontroli jakości linak.

Aby przezwyciężyć te ograniczenia, zespół zaprojektował detektor flashDiamond (fD) specjalnie do zastosowań UH-DR i UH-DPP, opisując go w artykule ze stycznia 2022 r. w Fizyka medyczna. Teraz główny badacz Gianluca Verona Rinati i współpracownicy przeprowadzili systematyczne badanie odpowiedzi detektora fD na impulsowe wiązki elektronów, weryfikując jego liniowość odpowiedzi przy DPP do około 26 Gy/impuls, chwilowe dawki dawki około 5 MGy/s i średnie dawki około 1 kGy/s .

Następnie badacze użyli detektora fD do uruchomienia linaka ElectronFlash w Sordina Iort Technologie (SIT) we Włoszech, zgłaszając swoje ustalenia w Fizyka medyczna.

Charakterystyka dozymetryczna

Aby ocenić prototyp fD, zespół najpierw przeprowadził kalibracje dawki pochłoniętej w trzech różnych warunkach napromieniowania: ⁶⁰Napromienianie ko w warunkach referencyjnych w laboratorium wzorców wtórnych PTW (PTW-Fryburg); Wiązki elektronów UH-DPP w PTB; oraz wiązki ElectronFlash w konwencjonalnych warunkach w SIT.

Co zachęcające, wartości uzyskane z procedur kalibracyjnych w trzech zakładach zgadzały się dobrze. Wrażliwości prototypu fD uzyskanego ⁶⁰Napromienianie ko, wiązkami elektronów UH-DPP i konwencjonalnymi wiązkami elektronów, wyniosło odpowiednio 0.309±0.005, 0.305±0.002 i 0.306±0.005 nC/Gy. Wskazuje to, że nie ma różnic w odpowiedzi prototypu fD, gdy stosuje się konwencjonalne wiązki elektronów lub wiązki elektronów UH-DPP, lub między ⁶⁰Napromienianie wiązką Co i elektronów.

Następnie zespół zbadał liniowość odpowiedzi fD w zakresie UH-DPP. Zmiana DPP między 1.2 a 11.9 Gy wykazała, że ​​odpowiedź prototypu była liniowa przynajmniej do maksymalnej badanej wartości 11.9 Gy.

Naukowcy porównali również wyniki detektora fD z wynikami dostępnych na rynku dozymetrów, w tym mikroDiamond, komory jonizacyjnej Advanced Markus, detektora z diodą krzemową i folii EBT-XD GAFchromic. Zaobserwowali dobrą zgodność między procentowymi krzywymi dawki głębokości, profilami wiązek i współczynnikami wyjściowymi mierzonymi przez prototyp fD i detektory referencyjne dla naświetlania konwencjonalnego i (z filmami EBT-XD) UH-DPP.

Wreszcie zespół wykorzystał detektor fD do uruchomienia linaka ElectronFlash, który może działać zarówno w trybie konwencjonalnym, jak i UH-DPP. Liniak jest wyposażony w kilka cylindrycznych aplikatorów PMMA o średnicy od 30 do 120 mm, które służą do zmiany DPP. Przekazanie do eksploatacji zakończono poprzez pozyskanie procentowej dawki wgłębnej i profili wiązek dla impulsowych wiązek elektronów o energii 7 i 9 MeV, przy użyciu wszystkich różnych aplikatorów, zarówno w trybie konwencjonalnym, jak i UH-DPP.

Naukowcy doszli do wniosku, że prototyp fD może okazać się cennym narzędziem do uruchomienia linaków z wiązką elektronów do radioterapii FLASH. Obecnie przeprowadzają symulacje Monte Carlo zarówno wiązek elektronowych elektronów, jak i detektora fD, aby zapewnić teoretyczne wsparcie dla ich ocen dozymetrycznych.