Dispositivos de física de alta energia adaptados para dosimetria eletrônica FLASH

Monitorar e controlar a radiação entregue a cada paciente é de extrema importância na terapia de radiação. Este é um desafio atual nas modalidades emergentes de taxa de dose ultra-alta, como a radioterapia por elétron FLASH (eFLASH).

A radioterapia FLASH fornece radiação em taxas de dose ultraaltas, encurtando o curso do tratamento e melhorando a preservação do tecido em relação à radioterapia convencional.

“Uma das coisas que precisamos elucidar [com o FLASH] é qual é o mecanismo biológico por trás do efeito poupador e como ele depende da maneira como estamos administrando essas taxas de dose ultra-altas. Para determinar isso, precisamos saber exatamente o que estamos entregando”, explica Emil Schüler do Universidade do Texas MD Anderson Cancer Center. “Ter uma boa compreensão dos parâmetros exatos para cada pulso que está sendo entregue parece ser importante. Até sabermos mais, precisamos ter esse tipo de compreensão detalhada de nossas entregas, e é aí que o equipamento convencional provou ser abaixo do ideal.”

Na radioterapia convencional, o fornecimento de radiação é monitorado usando câmaras de íons de transmissão. Enquanto os pares de íons ocasionalmente se recombinam nesses dosímetros, a recombinação de íons representa apenas uma pequena porcentagem das medições (menos de 5%) e esses eventos podem ser contabilizados usando modelos e fatores de correção. No entanto, em feixes eFLASH de alta taxa de dose, mais de 90% dos pares de íons podem se recombinar, os modelos convencionais que corrigem a recombinação de pares de íons quebram e o monitoramento e controle precisos do feixe tornam-se desafiadores – se não impossíveis.

Liderados por Schüler e Sam Beddar, uma equipe de pesquisadores do MD Anderson descreveu recentemente uma maneira de superar os desafios inerentes ao monitoramento de feixe eFLASH. A solução deles tem suas raízes em experimentos de física de alta energia.

Transformadores de corrente de feixe para FLASH

Em seu estudo, relatado no Jornal de Física Médica Clínica Aplicada, os pesquisadores introduzem um sistema integrado de transformadores de corrente de feixe (BCTs) para monitorar os feixes de radiação produzidos pelo mobetron sistema, um acelerador linear de eletroterapia comercial fabricado pela Intraoperacional.

Os BCTs, que foram originalmente usados ​​nas linhas de luz de experimentos de física de alta energia, medem a corrente induzida de elétrons que passam por eles. Com base no trabalho realizado em Universidade de Lausanne, Os engenheiros da IntraOp redesenharam a cabeça do Mobetron para acomodar dois BCTs: um localizado após a folha de dispersão primária; o outro, a jusante da folha de dispersão secundária.

Os pesquisadores do MD Anderson caracterizaram extensivamente a resposta BCT a feixes de elétrons de taxa de dose ultra-alta em 6 e 9 MeV. Eles monitoraram a saída do feixe em diferentes configurações dosimétricas e com diferentes colimações em função da dose, condições de dispersão e parâmetros físicos do feixe, incluindo largura de pulso, frequência de repetição de pulso e dose por pulso. As avaliações dosimétricas foram realizadas com o filme GafChromic EBT3, um dosímetro padrão que fornece leituras de dose total independente da taxa de dose. Estudos experimentais foram realizados três vezes para garantir a repetibilidade e reprodutibilidade.

A equipe concluiu que os BCTs podem monitorar com precisão feixes eFLASH, quantificar o desempenho do acelerador e capturar parâmetros físicos essenciais do feixe pulso a pulso.

Agora, eles estão investigando a origem e as formas de corrigir os níveis de retroespalhamento diferencial mais altos medidos no BCT superior em relação ao BCT inferior. Essas discrepâncias foram medidas fora do intervalo dos prováveis ​​parâmetros clínicos do feixe eFLASH. A equipe de Schüler e Beddar também está desenvolvendo métodos para medir o nivelamento e a simetria do feixe, que até o momento não podem ser medidos com BCTs.

Fótons, prótons ou elétrons: o que trará a radioterapia FLASH para a clínica?

O objetivo geral desta pesquisa, diz Schüler, é garantir que os físicos de radiação possam fornecer tratamentos de radiação eFLASH com precisão e exatidão.

“Realmente se resume a garantir que possamos garantir uma tradução clínica segura e robusta dessa tecnologia”, diz Schüler. “Para os físicos médicos, isso é sair um pouco da nossa zona de conforto… sair do equipamento padrão que estamos usando agora, quando a radioterapia FLASH está se tornando uma realidade. Também estamos tentando desenvolver a tecnologia de câmara de íons para essas taxas de dose ultra-altas, mas para monitoramento [de feixe], especialmente quando se trata de linhas de feixe de elétrons, é improvável que possamos usar câmaras de transmissão da mesma forma que usamos anteriormente com a radioterapia convencional de taxa de dose.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/high-energy-physics-devices-adapted-for-electron-flash-dosimetry/