Dozimetrul cu diamant este aliniat pentru radioterapie FLASH

O echipă de cercetare europeană a folosit un prototip de detector de diodă Schottky pe bază de diamant pentru a pune în funcțiune cu succes un ElectronFlash accelerator de cercetare atât pentru radioterapie FLASH convențională, cât și pre-clinică. Noul detector s-a dovedit a fi un instrument util pentru caracterizarea rapidă și reproductibilă a fasciculului, potrivit pentru condiții de doze ultra-înalte (UH-DR) și ultrahigh-doze-per-puls (UH-DPP). Aceasta este o realizare de hotar pentru echipa sa de dezvoltare, condusă la Universitatea din Roma Tor Vergata, deoarece nu sunt disponibile în prezent dozimetre active comerciale în timp real pentru radioterapie FLASH.

Radioterapia FLASH este o tehnică emergentă de tratament a cancerului în care țesuturile țintă sunt iradiate folosind rate de doze mult mai mari decât în ​​cazul radioterapiei convenționale și, în consecință, pentru timpi de iradiere mult mai scurti. Această rată de doză ultraînaltă provoacă așa-numitul efect FLASH: o scădere a toxicității induse de radiații asupra țesuturilor normale din jur, menținând în același timp un răspuns echivalent la uciderea tumorii.

Această tehnologie emergentă este lăudată la nivel global ca o strategie de tratament interesantă, cu potențial de a schimba viitorul terapiei clinice a cancerului. Dar există obstacole de depășit, dintre care unul a fost dezvoltarea unui sistem de dozimetrie precis și eficient de utilizat pentru a determina doza de radiații în timp real.

Dozimetrele comerciale actuale în timp real, cum ar fi camerele de ionizare și detectoarele cu stare solidă, nu sunt potrivite pentru utilizare clinică, din cauza efectelor de recombinare, saturație și neliniaritate observate în răspunsul lor. Dozimetrele pasive precum alanina și filmele GAFchromic funcționează, dar răspunsul lor poate să nu fie generat timp de ore sau chiar zile după o procedură de iradiere, ceea ce le face nepractice pentru asigurarea zilnică a calității linacului.

Pentru a depăși aceste limitări, echipa a proiectat detectorul flashDiamond (fD) special pentru aplicațiile UH-DR și UH-DPP, descriindu-l într-un articol din ianuarie 2022 în Fizică medicală. Acum, investigator principal Gianluca Verona Rinati și colegii au efectuat o investigație sistematică a răspunsului detectorului fD la fasciculele de electroni pulsați, validând liniaritatea răspunsului acestuia la DPP-uri de până la aproximativ 26 Gy/puls, rate de doză instantanee de aproximativ 5 MGy/s și rate medii de doză de aproximativ 1 kGy/s. .

Cercetătorii au folosit apoi detectorul fD pentru a pune în funcțiune un linac ElectronFlash la Sordina Iort Technologies (SIT) în Italia, raportându-și constatările în Fizică medicală.

Caracterizarea dozimetrică

Pentru a evalua prototipul fD, echipa a efectuat mai întâi calibrări ale dozei absorbite în trei condiții diferite de iradiere: ⁶⁰Co iradiere în condiții de referință la laboratorul standard secundar PTW (PTW-Freiburg); fascicule de electroni UH-DPP la PTB; și fascicule ElectronFlash în condiții convenționale la SIT.

În mod încurajator, valorile obținute în urma procedurilor de calibrare la cele trei unități au fost de acord bine. Sensibilitatea unui prototip fD obținut sub ⁶⁰Co iradierea, cu fascicule de electroni UH-DPP și cu fascicule de electroni convenționale au fost 0.309±0.005, 0.305±0.002 și, respectiv, 0.306±0.005 nC/Gy. Acest lucru indică faptul că nu există diferențe în răspunsul prototipului fD atunci când sunt utilizate fascicule de electroni convenționale sau UH-DPP sau între ⁶⁰Iradierea cu fascicul de co și electroni.

Echipa a investigat apoi liniaritatea răspunsului fD în intervalul UH-DPP. Varierea DPP între 1.2 și 11.9 Gy a arătat că răspunsul prototipului a fost liniar cel puțin până la valoarea maximă investigată de 11.9 Gy.

Cercetătorii au comparat, de asemenea, rezultatele detectorului fD cu cele ale dozimetrelor disponibile comercial, inclusiv un microDiamond, o cameră de ionizare Advanced Markus, un detector cu diodă de siliciu și filme EBT-XD GAFchromic. Ei au observat o concordanță bună între curbele procentuale de adâncime-doză, profilele fasciculului și factorii de ieșire măsurați de prototipul fD și detectoarele de referință, pentru iradierea convențională și (cu filme EBT-XD) UH-DPP.

În cele din urmă, echipa a folosit detectorul fD pentru a pune în funcțiune linacul ElectronFlash, care este capabil să funcționeze atât în ​​mod convențional, cât și în mod UH-DPP. Linac este echipat cu mai multe aplicatoare cilindrice de PMMA, cu diametrul intre 30 si 120 mm, care sunt folosite pentru a varia DPP-ul. Punerea în funcțiune a fost finalizată prin achiziționarea de procente de doză de adâncime și profiluri ale fasciculului pentru fascicule de electroni pulsați de 7 și 9 MeV, folosind toate aplicatoarele diferite și în mod convențional și UH-DPP.

Cercetătorii au ajuns la concluzia că prototipul fD s-ar putea dovedi un instrument valoros pentru punerea în funcțiune a linacurilor cu fascicul de electroni pentru radioterapie FLASH. Ei efectuează în prezent simulări Monte Carlo atât ale fasciculelor linac ElectronFlash, cât și ale detectorului fD pentru a oferi suport teoretic evaluărilor lor dozimetrice.