Rentgenska platforma z ultravisokimi hitrostmi doziranja se pripravlja na radiobiološke raziskave 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="Prvi poskusi žarkov Prvi avtor Nolan Esplen na raziskovalni postaji za obsevanje FLASH pri TRIUMF. (Z dovoljenjem: Luca Egoriti)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

Raziskovalci v Kanadi so označili platformo za obsevanje z rentgenskimi žarki za radiobiološke študije radioterapije FLASH – nastajajoče tehnike zdravljenja raka, ki uporablja obsevanje z ultravisoko hitrostjo odmerka (UHDR). Platforma, ki so jo pri TRIUMF-u poimenovali FLASH Irradiation Research Station ali "FIRST", lahko oddaja rentgenske žarke 10 MV pri hitrostih doz, ki presegajo 100 Gy/s.

Nahaja se na žarometni črti ARIEL na TRIUMF, kanadski center za pospeševanje delcev, je FIRST trenutno edina tovrstna platforma za obsevanje v Severni Ameriki. Globalno obstajata dve eksperimentalni meganapetostni rentgenski žarki UHDR: ena na TRIUMF v Vancouvru in druga v Chengduju na teraherčnem laserju prostih elektronov Kitajske akademije inženirske fizike.

Meganapetostni rentgenski žarki zahtevajo skromne specifikacije pospeševalnika v primerjavi z drugimi načini, ki se uporabljajo za zdravljenje globoko ležečih tumorjev, pravijo raziskovalci, in FIRST lahko ponudi tako UHDR kot konvencionalno meganapetostno obsevanje na skupnem žarku.

»Obstaja vrzel v razpoložljivosti rentgenskih virov ultravisokih doz; to je neke vrste neizpolnjena potreba na terenu in ni na voljo nobene komercialne platforme za redno zagotavljanje te vrste sevanja,« pojasnjuje Nolan Esplen, podoktorski raziskovalec na MD Anderson Cancer Center. "Ta večletni projekt sodelovanja [s TRIUMF] … je bil priložnost za izkoriščanje tega edinstvenega laboratorija z dostopom do visokoenergijskega superprevodnega elektronskega linaka za proizvodnjo vrste sevanja, ki ga želimo preučiti za radiobiološke raziskave FLASH."

Esplen je izvedel PRVE poskuse karakterizacije, ko je bil podiplomski študent na Univerza Victoria delajo v Laboratorij XCITE. Najnovejša študija raziskovalne skupine, objavljena v Znanstvene Poročila Narava, predstavlja celovito karakterizacijo FIRST in začetnih predkliničnih poskusov. Simulacijsko delo je bilo objavljeno leta 2022 v Fizika v medicini in biologiji.

"Že nekaj časa se ukvarjamo z obsevanjem z ultravisokimi dozami," pravi direktor laboratorija XCITE Magdalena Bazalova-Carter. »Z ljudmi v TRIUMF-u smo se začeli pogovarjati o žarkovni liniji ARIEL in o tem, kakšne stopnje doze rentgenskega sevanja bi dobili, če bi zgradili tarčo za to žarkovno linijo. Tako se je vse začelo.”

FIRST-ove prvence

Raziskovalci so raziskali podmnožico razpoložljivih in klinično pomembnih parametrov žarka za karakterizacijo FIRST pri UHDR in običajnem delovanju hitrosti odmerka. Fiksirali so energijo elektronskega žarka na 10 MeV, da bi povečali hitrost odmerjanja in ciljno dolgo življenjsko dobo, ter nastavili tok žarka (vrhunski tok) med 95 in 105 µA. Hitrosti doz so bile izračunane s filmsko dozimetrijo.

Hitrosti doz nad 40 Gy/s so bile dosežene na globini do 4.1 cm za velikost polja 1 cm. V primerjavi s kliničnim žarkom 10 MV je FIRST ponudil zmanjšano kopičenje površinskega odmerka. V primerjavi z nizkoenergijskimi viri elektronov je FIRST ponudil bolj postopno upadanje odmerka nad d_max (globina največjega odmerka). Skupina ugotavlja, da je prisotnost strmih površinskih gradientov globine in odmerka povzročila težave s heterogenostjo odmerka, ki trenutno omejujejo aplikacije na predklinično delo. Omejitve stabilnosti vira so povzročile razlike v toku in odmerku.

Na podlagi študij karakterizacije so raziskovalci nato uporabili FIRST za zagotavljanje UHDR (nad 80 Gy/s) in običajnega rentgenskega obsevanja z nizkimi odmerki do pljuč zdravih miši. Uspešno so dali odmerke 15 in 30 Gy do 10 % predpisanega na 1 cm globine. Učinki nehomogenosti pljučnega tkiva niso bili popravljeni (študija načrtovanja skupine je pokazala na zanemarljive motnje pri energijah meganapetostnega žarka). Izhod elektronskega vira in varianca filmske dozimetrije sta prevladovala med negotovostmi pri meritvah odmerka pred obdelavo.

Nova spoznanja

Fizični prostor, v katerem se nahaja FIRST, je bil prvotno namenjen – in še vedno služi kot – odlagališče žarkov (kjer se žarek nabitih delcev lahko varno absorbira). To je vodilo do nekaj edinstvenih oblikovalskih izzivov za FIRST.

»Ni bilo podlage za to, kar smo počeli, in to je bila tudi razvojna priložnost za TRIUMF. Veliko ljudi je izvedelo o sistemu, pa tudi o niansah za to vrsto dostave in stvareh, ki smo jih naredili dobro in kaj bi lahko v prihodnosti naredili še bolje,« pravi Esplen. »Glede na dejstvo, da gre za objekt, ki se razvija, smo bili prva znanstvena priložnost – to je zelo dinamično okolje. Imamo nekaj izjemno nadarjenih sodelavcev in fizikov žarkov, ki so delali pri nastavitvi vseh optičnih parametrov žarkovnih linij, tako da smo lahko na tarčo oddali minimalno disperziven žarek pravilne velikosti.«

V času poskusov raziskovalcev je bilo mogoče vsakih 45 minut obsevati le en fantomski par ali eno samo miško po upoštevanju nastavitve platforme, dostave in zaustavitve. In po vsaki prilagoditvi žarka in samega žarka so morali raziskovalci ponovno nastaviti žarek, da potrdijo njegov izhod in dozimetrijo.

Ali lahko običajne rentgenske cevi zagotavljajo stopnje odmerka FLASH?

»To je drugačna zgodba od klinične medicinske fizike. Ko v bolnišnici izvajate poskuse na linaku, lahko ena oseba opravi celoten poskus ... To je zelo drugačna situacija,« pravi Bazalova-Carter. »Pet ljudi je moralo zagnati žarkovno linijo [za te poskuse], da so spremljali vse zaslone – in čeprav še zdaleč niso bili vsi uporabljeni za naše poskuse, mislim, da sem naštel 113 zaslonov v nadzorni sobi ... Zelo zanimivo je bilo, da smo bi lahko dobili zelo spodobno ujemanje odmerka med simulacijami Monte Carlo in poskusi, glede na to, kako zahtevni so ti poskusi.«

Ne glede na takšne ovire prednosti platforme FIRST vključujejo nadzor nad ključnimi parametri vira, vključno s frekvenco ponavljanja impulza, najvišjim tokom, energijo žarka in povprečno močjo.

"Bili smo prvi uporabnik ARIEL beamline," razmišlja Bazalova-Carter. "Po mnogih letih dela na tem projektu je bilo izredno zadovoljstvo, da smo dejansko lahko izvajali eksperimente z obsevanjem miši."

Prihaja radiobiološka nadaljnja študija.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/