Физика элементарных частиц предлагает новый взгляд на протонную терапию FLASH

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-11.jpg" data-caption="На пути к FLASH с управлением по изображению ПЭТ-сканер, разработанный Каролем Лангом и его коллегами, может визуализировать и измерять эффекты протонной терапии во время доставки луча. (Фото любезно предоставлено: Марек Прога, Техасский университет в Остине)»>

Прорывные технологии, изначально созданные для самых амбициозных экспериментов в области физики элементарных частиц, часто приводят к инновациям в области лечения и диагностики. Достижения в области ускорителей и лучевой техники помогли разработать высокоэффективные стратегии лечения рака, а детекторы, предназначенные для улавливания самых неуловимых частиц, предложили новые способы наблюдения за внутренней работой человеческого тела.

В ходе одной из недавних разработок американская исследовательская группа под руководством Карола Ланга, физика-экспериментатора из Техасского университета в Остине, впервые достигла визуализация в реальном времени эффектов протонной терапии FLASH до, во время и после доставки пучка. Эти новые методы лечения FLASH позволяют вводить сверхвысокие дозы в чрезвычайно короткие сроки, что позволяет эффективно уничтожать раковые клетки, нанося при этом меньший ущерб здоровым тканям. Лечение FLASH требует меньшего количества облучений в течение более коротких циклов лечения, что позволит большему количеству пациентов получить пользу от протонной терапии и значительно снизить риск побочных эффектов, связанных с радиацией.

Исследовательская группа, в которую также входят медицинские физики из Центра протонной терапии имени доктора медицины Андерсона в Хьюстоне, создала изображения с помощью специально разработанного сканера для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), метода, который сам по себе появился в результате новаторских экспериментов в ЦЕРНе в 1970-х годах. . Используя пять различных фантомов, которые действуют как заменители пациента-человека, команда использовала свой индивидуальный ПЭТ-инструмент для визуализации как быстрого начала действия протонного луча, так и его эффектов в течение 20 минут после облучения.

«Облучение протонами приводит к образованию в организме короткоживущих изотопов, которые во многих случаях являются излучателями позитронов», — объясняет Ланг. «При использовании протонной терапии FLASH луч генерирует более высокую интенсивность позитронов, что увеличивает силу сигнала. Даже с помощью небольших массивов ПЭТ-детекторов мы смогли создавать изображения и измерять как содержание изотопов, так и их эволюцию с течением времени».

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Маленький, но мощный Детекторные матрицы, используемые в ПЭТ-сканере, относительно невелики, но интенсивность луча FLASH позволяет получать изображения и измерять содержание изотопов. (Любезно предоставлено: Марек Прога, Техасский университет в Остине)» title=»Нажмите, чтобы открыть изображение во всплывающем окне» href=»https://physicalworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg» >

Измерения, записанные в ходе этих экспериментов по проверке принципа действия, позволяют предположить, что лучевой ПЭТ-сканер может обеспечить визуализацию и дозиметрию в реальном времени для лечения протонной терапией. Команде даже удалось определить интенсивность протонного пучка, обнаружив быстрые гамма-излучения, названные так потому, что они образуются в результате распада ядер за очень короткие промежутки времени, образующиеся во время извлечения протонного пучка. Лэнг полагает, что, всего лишь слегка модифицировав аппарат, можно будет измерить мгновенные гамма-излучения и получить снимок протонного пучка, а затем использовать ПЭТ для отслеживания эволюции изотопов после доставки пучка.

«Эти результаты показывают, что для обеспечения полезных измерений в клинических условиях потребуется просто улучшить экспериментальную установку для этого метода», — говорит он. «Конечно, мы знаем, что еще потребуется провести много доклинических испытаний, но на данном этапе ясно, что для этой методики нет никаких препятствий».

Ланг и его коллеги описывают свой подход и результаты в двух статьях, опубликованных в журнале Физика в медицине и биологии (PMB), оба из которых доступны бесплатно. Исследователи также воспользовались новой издательской моделью, называемой преобразующим соглашением, которая позволила им публиковать обе статьи в открытом доступе без необходимости платить обычные сборы за публикацию статей.

В соответствии с этими так называемыми преобразующими соглашениями, в данном случае между IOP Publishing и системой Техасского университета, исследователи любого учреждения в академической группе могут как получить доступ к исследовательскому контенту, так и бесплатно публиковать свои собственные работы. Действительно, IOP Publishing, которое издает PMB от имени Института физики и техники в медицине, теперь имеет трансформационные соглашения с более чем 900 учреждениями в 33 разных странах, предоставляющими бесплатный доступ и публикации в большинстве, если не во всех, своих портфолио научных журналов.

Целью этих соглашений о чтении и публикации является ускорение перехода к публикациям в открытом доступе, поскольку это позволяет исследователям избегать необходимости самостоятельного финансирования расходов на публикацию. По мнению Ланга, любой шаг, который открывает науку и позволяет различным сообществам сотрудничать, поможет стимулировать новые идеи из других дисциплин, которые будут стимулировать будущие инновации. «Если я наткнусь на интересную статью, к которой у меня нет доступа, особенно если она относится к другой области, мне не хватает некоторой информации, которая могла бы помочь мне в моей работе», — говорит он. «Открытая и бесплатная информация необходима нам для достижения прогресса».

Из своего собственного опыта в физике элементарных частиц Лэнг увидел преимущества, которые может принести открытая и совместная исследовательская культура. «В физике элементарных частиц каждый делится своими лучшими мыслями и достижениями, и люди хотят участвовать в поиске различных способов разработки и использования новых идей», — говорит он. «Без такого подхода к сотрудничеству те прорывы, которые мы наблюдаем в ЦЕРН, Фермилабе и других местах, просто не произошли бы».

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg" data-caption="Индивидуальный дизайн Кароль Ланг (в центре) с инженером Мареком Прога (слева) и научным сотрудником Джоном Сезаром и специально созданным ПЭТ-сканером, разработанным командой. Конфигурация сканера обеспечивает измерения в луче во время лечения пациента. (Любезно предоставлено: Майкл Гайда, Техасский университет в Остине)» title=»Нажмите, чтобы открыть изображение во всплывающем окне» href=»https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physical-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physical-world-9.jpg»>

Однако очевидно, что Лэнг разочарован тем, что некоторые люди в медицинском сообществе кажутся менее открытыми для новых идей, особенно от физиков, не имеющих предыдущего клинического опыта. «Мы знаем, что многие из лучших технологий в области медицинской физики и ядерной визуализации основаны на достижениях в области физики элементарных частиц и ядерной физики, но привнести новейшие новые идеи в медицину сложно», — говорит он. «Теперь я лучше понимаю, почему это так – изменить проверенные и проверенные медицинские процедуры и формальные протоколы лечения гораздо сложнее, чем просто заменить более качественный детектор – но я все еще разочарован тем, насколько сложно проникнуть в этот сектор и задействовать в совместных исследованиях».

Хотя Ланг и раньше пытался создать медицинские детекторы, он признает, что он и другие физики элементарных частиц могут быть виновны в наивности или даже высокомерии, когда дело доходит до внедрения новых технологий в жестко контролируемую больничную среду. Однако для этой новой работы группа медицинских физиков попросила его возглавить исследовательский проект, который требовал его опыта в создании детекторов частиц. «Я все еще продолжаю свои исследования в области физики нейтрино, но считаю, что то, что мы можем предложить, настолько уникально и полезно, что я захотел принять участие», — говорит Ланг. «По мере того, как я узнавал больше, я стал более заинтригован и по-настоящему увлекся идеей лечения FLASH».

Хотя потребуется дополнительная работа по оптимизации метода лучевой визуализации для клинического использования, Лэнг считает, что в краткосрочной перспективе он может стать ценным исследовательским инструментом, который поможет понять эффект FLASH. «Никто на самом деле не знает, почему работает FLASH или какие именно параметры луча следует использовать для достижения наилучших результатов», — говорит он. «Это наводит на мысль, что мы не до конца понимаем, как радиация взаимодействует со здоровыми или раковыми тканями».

С помощью этого нового инструмента, утверждает Ланг, можно будет изучить физические механизмы, действующие во время FLASH-терапии. «Эта техника может помочь нам понять, как человеческое тело реагирует после облучения такими интенсивными всплесками энергии», — говорит он. «Это дает возможность изучить зависящие от времени эффекты облучения, чего, как мне кажется, раньше систематически не делалось».

Однако в долгосрочной перспективе цель состоит в том, чтобы создать метод лечения с визуальным контролем, который будет измерять эффекты каждого облучения для информирования и обновления последующих методов лечения. Такие адаптивные подходы непрактичны при использовании традиционных протоколов лечения, в которых меньшие дозы вводятся примерно за 30 ежедневных сеансов, но могут быть более жизнеспособными при лечении FLASH, которому может потребоваться всего несколько доз, чтобы доставить достаточно энергии для искоренения рака.

«Проверка эффектов каждого облучения полностью изменит динамику, логистику и результаты лечения», — говорит Ланг. «В сочетании с лучшим пониманием взаимодействия между энергичными протонами и человеческим телом такие адаптивные протоколы FLASH могут оказать революционное влияние на результаты лечения пациентов».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/