Platforma rentgenowska o ultrawysokiej dawce dawki gotowa do badań radiobiologicznych FLASH – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg" data-caption="Pierwsze eksperymenty z linią świetlną Pierwszy autor Nolan Esplen ze stacji badawczej FLASH Irradiation w TRIUMF. (Dzięki uprzejmości: Luca Egoriti)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- skład-do-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

Naukowcy z Kanady scharakteryzowali platformę napromieniowania rentgenowskiego do badań radiobiologicznych nad radioterapią FLASH – nową techniką leczenia raka wykorzystującą napromienianie o ultrawysokiej dawce (UHDR). Platforma, nazwana stacją badawczą napromieniowania FLASH w TRIUMF, czyli „FIRST”, może dostarczać wiązki promieniowania rentgenowskiego o napięciu 10 MV przy dawkach przekraczających 100 Gy/s.

Znajduje się na linii promienia ARIEL pod adresem TRIUMF, kanadyjskiego centrum akceleratorów cząstek, FIRST jest obecnie jedyną tego typu platformą napromieniania w Ameryce Północnej. Na całym świecie istnieją dwie eksperymentalne megawoltowe linie promieni rentgenowskich UHDR: jedna w TRIUMF w Vancouver i druga w Chengdu, w terahercowym laserze na swobodnych elektronach Chińskiej Akademii Fizyki Inżynierskiej.

Naukowcy twierdzą, że megawoltowe promieniowanie rentgenowskie wymaga skromnych specyfikacji akceleratora w porównaniu z innymi metodami stosowanymi w leczeniu głęboko osadzonych guzów, a FIRST może oferować zarówno napromienianie UHDR, jak i konwencjonalne megawoltowe na wspólnej linii wiązki.

„Istnieje luka w dostępności źródeł promieniowania rentgenowskiego o ultrawysokiej dawce; jest to w pewnym sensie niezaspokojona potrzeba w tej dziedzinie i nie ma dostępnej komercyjnej platformy umożliwiającej rutynowe dostarczanie tego typu promieniowania” – wyjaśnia Nolana Esplena, pracownik naukowy ze stopniem doktora w MD Anderson Cancer Center. „Ten wieloletni projekt współpracy [z TRIUMF]… dał okazję do wykorzystania tego wyjątkowego laboratorium z dostępem do wysokoenergetycznego nadprzewodnikowego liniaka elektronowego do wytworzenia rodzaju promieniowania, któremu chcemy się przyjrzeć w badaniach radiobiologicznych FLASH”.

Esplen przeprowadził PIERWSZE eksperymenty charakteryzujące, gdy był studentem Uniwersytetu im University of Victoria pracuje w Laboratorium XCITE. Najnowsze badanie zespołu badawczego, opublikowane w Natura raporty naukoweprzedstawia obszerną charakterystykę PIERWSZYCH i wstępnych eksperymentów przedklinicznych. Praca symulacyjna została opublikowana w 2022 roku w Fizyka w medycynie i biologii.

„Już od jakiegoś czasu zajmujemy się napromieniowaniem ultrawysokimi dawkami” – mówi dyrektor laboratorium XCITE Magdalena Bazalova-Carter. „Zaczęliśmy rozmawiać z ludźmi z TRIUMF na temat linii wiązki ARIEL i tego, jak zbudowalibyśmy cel dla tej linii wiązki, jaki rodzaj dawek promieniowania rentgenowskiego otrzymalibyśmy. Tak to się wszystko zaczęło.”

Nowości FIRST

Naukowcy zbadali podzbiór dostępnych i klinicznie istotnych parametrów wiązki, aby scharakteryzować FIRST w trybie UHDR i konwencjonalnej operacji na podstawie dawki. Ustalili energię wiązki elektronów na 10 MeV, aby zmaksymalizować moc dawki i docelową trwałość, oraz ustawili prąd wiązki (prąd szczytowy) na między 95 a 105 µA. Dawki obliczono za pomocą dozymetrii filmowej.

Dawki powyżej 40 Gy/s osiągano na głębokości do 4.1 cm dla pola o średnicy 1 cm. W porównaniu z kliniczną wiązką 10 MV, FIRST zapewniał zmniejszone powierzchniowe gromadzenie się dawki. W porównaniu do niskoenergetycznych źródeł elektronów, FIRST zapewniał bardziej stopniowy spadek dawki powyżej d_max (głębokość dawki maksymalnej). Zespół zauważa, że ​​obecność stromych powierzchniowych gradientów głębokości dawki doprowadziła do problemów z niejednorodnością dawki, które obecnie ograniczają zastosowania do prac przedklinicznych. Ograniczenia stabilności źródła doprowadziły do ​​zmian w prądzie i dawce.

Na podstawie badań charakteryzacyjnych naukowcy wykorzystali następnie FIRST do dostarczenia do płuc zdrowych myszy promieniowania UHDR (powyżej 80 Gy/s) i konwencjonalnego promieniowania rentgenowskiego o niskiej dawce. Udało im się podać dawki 15 i 30 Gy z dokładnością do 10% przepisanej dawki na głębokość 1 cm. Nie skorygowano skutków niejednorodności tkanki płucnej (badania projektowe grupy wykazały nieistotne zakłócenia energii wiązki megawoltowej). Wariancja dozymetrii wyjściowej źródła elektronów i folii zdominowała niepewności związane z pomiarami dawki przed leczeniem.

Wyciągnięte wnioski

Przestrzeń fizyczna, w której znajduje się FIRST, była pierwotnie przeznaczona – i nadal służy – jako składowisko wiązki (gdzie można bezpiecznie zaabsorbować wiązkę naładowanych cząstek). Doprowadziło to do wyjątkowych wyzwań projektowych dla FIRST.

„Nie było podstaw do robienia tego, co robiliśmy, a dla TRIUMF była to także szansa na rozwój. Wiele osób dowiedziało się o systemie, a także o niuansach związanych z tego rodzaju dostawą oraz o tym, co zrobiliśmy dobrze i co możemy zrobić lepiej w przyszłości” – mówi Esplen. „Dzięki temu, że jest to placówka w fazie rozbudowy, byliśmy pierwszą szansą naukową – to bardzo dynamiczne środowisko. Mamy kilku niezwykle utalentowanych współpracowników i fizyków wiązek, którzy pracowali nad ustawieniem wszystkich parametrów optycznych linii wiązki, abyśmy mogli dostarczyć do celu minimalnie rozproszoną wiązkę o odpowiednim rozmiarze”.

W czasie eksperymentów naukowców tylko jedna para fantomów lub pojedyncza mysz mogła być napromieniana co 45 minut po uwzględnieniu konfiguracji, dostawy i wyłączenia platformy. Po każdej regulacji linii wiązki i samej wiązki badacze musieli ponownie dostroić wiązkę, aby potwierdzić jej moc wyjściową i dozymetrię.

Czy konwencjonalne lampy rentgenowskie mogą dostarczać dawki FLASH?

„To inna historia niż kliniczna fizyka medyczna. Kiedy w szpitalu przeprowadza się eksperymenty na aparacie liniowym, cały eksperyment może obsłużyć jedna osoba… To zupełnie inna sytuacja” – mówi Bazalova-Carter. „Pięć osób musiało obsługiwać linię świetlną [w przypadku tych eksperymentów], aby monitorować wszystkie ekrany – i chociaż zdecydowanie nie wszystkie z nich były wykorzystywane w naszych eksperymentach, myślę, że naliczyłem 113 ekranów w sterowni… To było całkiem interesujące, że mogli uzyskać bardzo przyzwoitą zgodność dawki pomiędzy symulacjami i eksperymentami Monte Carlo, biorąc pod uwagę, jak trudne są te eksperymenty”.

Pomimo tych przeszkód, zalety platformy FIRST obejmują kontrolę nad kluczowymi parametrami źródła, w tym częstotliwością powtarzania impulsów, prądem szczytowym, energią wiązki i średnią mocą.

„Byliśmy pierwszym użytkownikiem linii świetlnej ARIEL” – wspomina Bazalova-Carter. „Po wielu latach pracy nad tym projektem możliwość przeprowadzenia eksperymentów z napromienianiem myszy była niezwykle satysfakcjonująca”.

Wkrótce rozpocznie się dalsze badanie radiobiologiczne.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/