Dosímetro de diamante se alinha para radioterapia FLASH

Uma equipe de pesquisa européia usou um protótipo de detector de diodo Schottky baseado em diamante para comissionar com sucesso um ElétronFlash acelerador de pesquisa para radioterapia FLASH convencional e pré-clínica. O novo detector provou ser uma ferramenta útil para caracterização de feixe rápida e reprodutível, adequado para taxas de dose ultra-alta (UH-DR) e condições de dose por pulso ultra-alta (UH-DPP). Esta é uma conquista marcante para sua equipe de desenvolvimento, liderada na Universidade de Roma Tor Vergata, pois não há dosímetros ativos comerciais em tempo real para radioterapia FLASH atualmente disponíveis.

A radioterapia FLASH é uma técnica emergente de tratamento do câncer na qual os tecidos-alvo são irradiados usando taxas de dose muito mais altas do que com a radioterapia convencional e, consequentemente, por tempos de irradiação muito mais curtos. Essa taxa de dose ultra-alta causa o chamado efeito FLASH: uma diminuição nas toxicidades induzidas por radiação para os tecidos normais circundantes, mantendo uma resposta equivalente de morte do tumor.

Essa tecnologia emergente está sendo elogiada globalmente como uma estratégia de tratamento empolgante com potencial para mudar o futuro da terapia clínica do câncer. Mas há obstáculos a serem superados, um dos quais foi o desenvolvimento de um sistema de dosimetria preciso e eficiente para determinar a dose de radiação em tempo real.

Os dosímetros comerciais atuais em tempo real, como câmaras de ionização e detectores de estado sólido, não são adequados para uso clínico, devido aos efeitos de recombinação, saturação e não linearidade observados em sua resposta. Dosímetros passivos como filmes de alanina e GAFcromic funcionam, mas sua resposta pode não ser gerada por horas ou mesmo dias após um procedimento de irradiação, tornando-os impraticáveis ​​para a garantia diária da qualidade do linac.

Para superar essas limitações, a equipe projetou o detector flashDiamond (fD) especificamente para aplicativos UH-DR e UH-DPP, descrevendo-o em um artigo de janeiro de 2022 em Física Médica. Agora, o investigador principal Gianluca Verona Rinati e colegas realizaram uma investigação sistemática da resposta do detector fD a feixes de elétrons pulsados, validando sua linearidade de resposta em DPPs de até cerca de 26 Gy/pulso, taxas de dose instantânea de cerca de 5 MGy/s e taxas de dose média de cerca de 1 kGy/s .

Os pesquisadores então usaram o detector fD para comissionar um linac ElectronFlash em Tecnologias Sordina Iort (SIT) na Itália, relatando suas descobertas em Física Médica.

Caracterização dosimétrica

Para avaliar o protótipo fD, a equipe primeiro realizou calibrações de dose absorvida sob três diferentes condições de irradiação: ⁶⁰Co-irradiação em condições de referência no laboratório padrão secundário PTW (PTW-Freiburgo); Feixes de elétrons UH-DPP em PTB; e feixes ElectronFlash em condições convencionais no SIT.

De forma encorajadora, os valores obtidos dos procedimentos de calibração nas três instalações concordaram bem. As sensibilidades de um protótipo fD obtido sob ⁶⁰A co-irradiação, com feixes de elétrons UH-DPP e com feixes de elétrons convencionais foram 0.309±0.005, 0.305±0.002 e 0.306±0.005 nC/Gy, respectivamente. Isso indica que não há diferenças na resposta do protótipo fD quando são usados ​​feixes de elétrons convencionais ou UH-DPP, ou entre ⁶⁰Co e irradiação por feixe de elétrons.

A equipe em seguida investigou a linearidade da resposta fD na faixa UH-DPP. A variação do DPP entre 1.2 e 11.9 Gy revelou que a resposta do protótipo foi linear pelo menos até o valor máximo investigado de 11.9 Gy.

Os pesquisadores também compararam os resultados do detector fD com os dos dosímetros disponíveis comercialmente, incluindo um microDiamond, uma câmara de ionização Advanced Markus, um detector de diodo de silício e filmes EBT-XD GAFchromic. Eles observaram boa concordância entre curvas de porcentagem de profundidade-dose, perfis de feixe e fatores de saída medidos pelo protótipo fD e os detectores de referência, para irradiação UH-DPP convencional e (com filmes EBT-XD).

Finalmente, a equipe usou o detector fD para comissionar o ElectronFlash linac, que é capaz de operar nas modalidades convencional e UH-DPP. O linac está equipado com vários aplicadores cilíndricos de PMMA, de 30 a 120 mm de diâmetro, que são utilizados para variar o DPP. O comissionamento foi concluído com a aquisição de percentuais de dose em profundidade e perfis de feixe para feixes de elétrons pulsados ​​de 7 e 9 MeV, usando todos os diferentes aplicadores e nas modalidades convencional e UH-DPP.

Os pesquisadores concluem que o protótipo fD pode ser uma ferramenta valiosa para o comissionamento de linacs de feixe de elétrons para radioterapia FLASH. Eles estão atualmente realizando simulações de Monte Carlo dos feixes linac ElectronFlash e do detector fD para fornecer suporte teórico para suas avaliações dosimétricas.