Plastscintillationsdetektorer visar sig vara en win-win inom klinisk fysikforskning och utbildning – Physics World

Disruptiv innovation, kundsamarbete, klinisk översättning: det här är de strategiska referenspunkterna som ligger till grund för produktutvecklingens färdplan på Medscint, ett Québec City-baserat teknikföretag som kombinerar expertis inom fotonik, scintillationsdosimetri och medicinsk fysik. Slutspelet: inget mindre än ett paradigmskifte inom strålbehandlingsdosimetri bästa praxis möjliggjort av en ny generation plastscintillatorer som kombinerar nära-vatten-ekvivalens och realtidssvar med hög rumslig upplösning och MR-Linac-kompatibilitet. Medscints optiska detektorer – kommersiellt kända som HYPERSCINT forskningsplattform – erbjuder även flerpunktskapacitet med ett kompakt fotavtryck (0.5 mm långt, 0.5 mm diameter), vilket gör dem idealiska för småfältsdosimetri och avancerad fantomutveckling.

"Vårt egenutvecklade kunnande inom optisk vetenskap och plastscintillatorer kommer till sin rätt när strålbehandlingsfälten blir mindre och geometriskt mer komplexa", säger Jonathan Turcotte, medgrundare och marknadschef på Medscint. Utan behov av småfältskorrigeringsfaktorer för att karakterisera enhetens beteende, tillhandahåller Medscints dosimetrar ett mätverktyg i realtid som kombinerar hög linjäritet med avseende på dos och doshastighet. Det breda linjära dynamiska området är relevant i båda ändarna av behandlingsspektrumet, oavsett om det gäller nya strålningsscheman med låg doshastighet eller – med skräddarsydd funktionalitet för linac pulsräkning och dos-per-pulsmätning – som ett komplement till ultrahög dos- betygsätt FLASH-strålbehandlingsapplikationer (som har potential att drastiskt minska kollateral skada och toxicitet i normal frisk vävnad samtidigt som antitumöraktiviteten bevaras).

Ut från labbet, in på kliniken

Medan klinisk översättning är den kommersiella prioriteringen på kort och medellång sikt, har Turcotte och hans kollegor hittills placerat HYPERSCINT Research Platform med en kohort av innovativa, tvärvetenskapliga FoU-team som arbetar för att realisera nästa generations strålbehandlingssystem. "Som ett teknikföretag i ett tidigt skede", förklarar han, "har vi en samarbetsrelation med våra kunder och forskningspartners – totalt 25 grupper i Nordamerika, Europa och Asien som hjälper till att forma vår produktutveckling och i slutändan informerar vägen till klinisk översättning i stor skala."

En fallstudie i detta avseende är Mark Foley och hans team i forskningsklustret för medicinsk fysik vid University of Galway i västra Irland. Foleys breda forskningsintressen kretsar kring förbättrade strålterapisystem, med banbrytande arbete med Monte Carlo-modellering och simulering samt nästa generations scintillationsdosimetrisystem. Hans forskningsprogram sammanfaller med en hektisk undervisningsbelastning, som omfattar grundutbildningskurser i biomedicinsk och strålningsfysik samt Galways Civilingenjör i medicinsk fysik, det första masterprogrammet i Europa som fick formell ackreditering från Nordamerika Kommissionen för ackreditering av utbildningsprogram för medicinsk fysik (CAMPEP).

"Vi blev Medscints första europeiska kund när vi köpte HYPERSCINT Research Platform redan sommaren 2021", förklarar Foley. Systemet har sedan dess genomgått sina steg i en serie av fem pilotprojekt som involverar civilingenjörs- och doktorander inom Galways medicinska fysikklustret – även om den relaterade forskningsaktiviteten är inställd på skala förr än senare. "Vi har skapat en dedikerad forskningsström för att utvärdera och jämföra Medscints plastscintillationsdetektorer", säger Foley. "Denna FoU-satsning ligger vid sidan av ett etablerat arbetsprogram där vi utvecklar en ny klass av oorganiska scintillationsdetektorer för avancerade dosimetriapplikationer."

Efter att hans medicinska fysikstudenter är igång med HYPERSCINT Research Platform, uppmuntrar Foley dem att fortsätta specialistinlärning och know-how inom scintillationsdosimetri – främst genom kortsiktiga forskningsplaceringar vid partnerlaboratorier inom Galways internationella nätverk. "Vi förbereder våra MSc- och doktorander med de färdigheter och tekniska domänkunskaper de behöver för att komma igång," förklarar Foley. "Vi vill se till att det inte finns någon oöverkomligt brant inlärningskurva när de påbörjar sina forskningsprojekt."

Ett etablerat samarbete i detta avseende är med Magdalena Bazalova-Carter's XCITE Lab vid University of Victoria i British Columbia, Kanada. XCITE-teamet är en tidig användare av Medscints dosimetrilösning i realtid, litet fält för forskningsstudier om FLASH-bestrålningssystem i experiment med mycket små djur – exponering av till exempel fruktflugelarver för ultrahöga doshastigheter och spårning av jämförande överlevnad kontra konventionella bestrålningssystem. Labbet utvärderar också FLASH-effekten på frisk vävnad hos möss.

Sådana samarbeten verkar representera en win-win. Ett exempel är Kevin Byrne, en före detta MSc-student i Foleys grupp som, efter en forskarplacering vid XCITE, nu arbetar som medicinsk forskningsfysiker inom divisionen för translationell strålningsvetenskap vid University of Maryland School of Medicine (Baltimore, MD). Under överinseende av Kai Jiang, biträdande professor i strålningsonkologi, Byrne fortsätter att arbeta med plast- och oorganiska scintillationsdetektorer inom ett bredare forskningsprogram som undersöker FLASH-effekterna av elektron- och protonstrålar med ultrahöga doser på prekliniska modeller. "Det finns något av en "dygdig cirkel" i spel här," förklarar Foley, "med Kevin som går vidare för att handleda andra besökande MSc- och doktorander från Galway med deras projekt inom scintillationsdosimetri."

Kreativ utbildning

Trots Galways utnyttjande av Medscints teknologi i ett forskningssammanhang inom medicinsk fysik, sätter Foley också HYPERSCINT Research Platform i centrum i sin grundutbildning. "Uppgiften är att skapa en mer dynamisk forskningsledd lärmiljö genom att utnyttja bärbara demonstrationsenheter som Medscint-systemet", förklarar han. "På detta sätt använder vi Medscints plastscintillationsdetektorer för att introducera grunderna för stråldosimetri för förstaårsstudenter, samtidigt som vi förstärker dessa koncept med en strukturerad inlärningsväg hela vägen genom kursplanen till fjärde års grundnivå och masterstudier .”

Samtidigt, hävdar Foley, förstärks statusen för Galways MSc i medicinsk fysik ytterligare av CAMPEP-ackreditering, vilket innebär att masterstudenter tar examen med "inneboende överförbarhet och rörlighet" som en del av det akademiska paketet. "Du hittar våra MSc-studenter som går in i forsknings- och klinisk fysikroller vid ledande strålningsonkologiska center i Storbritannien och Irland samt Nordamerika, Australien och Nya Zeeland", avslutar han. "Ett annat stort plus med CAMPEP-efterlevnad är att det underlättar vägen när vi etablerar nya samarbeten med andra CAMPEP-ackrediterade forskningsprogram i USA och Kanada."

Disruptiv innovation, klinisk översättning

Medscint siktar på att "skriva om regelboken om småfältsdosimetri" baserat på dess egenutvecklade optiska kunskap inom området plastscintillationsdetektorer. Det hävdar Jonathan Turcotte, säljarens medgrundare och marknadschef, vars fokus, tillsammans med hans kollegors, obönhörligt flyttas till de fina detaljerna i klinisk översättning och kvalitetskraven från kliniska slutanvändare för nästa generations strålbehandlingsmetoder.

"Vi har byggt upp verksamheten hittills genom att få draghjälp med en kohort av innovativa, forskningsledda medicinska fysikprogram – alla arbetar för att definiera morgondagens bästa praxis inom strålterapidosimetri", förklarar han. "Nästa steg i Medscints utveckling kommer att vara mer av en tvåspårsstrategi - att fortsätta att rikta in sig på de ledande forskningskunderna samtidigt som vi på kort sikt svänger till den kliniska QA-marknaden."

Senare i år, till exempel, förväntar sig Turcotte och hans team att få 510(k) regulatoriskt godkännande från US Food and Drug Administration (FDA) för ett kliniskt system som håller på att ställas upp för dosimetriapplikationer på små fält i maskin QA. Den efterföljande CE-märkningen är beräknad till 2024 som en föregångare till installationer med kliniska kunder inom Europeiska ekonomiska samarbetsområdet (EES).

"Medan plastscintillatorer representerar en störande teknik inom strålbehandling QA och dosimetri," konstaterar Turcotte, "är det viktigt att ungefär ett av sex kliniska fysikprogram med CAMPEP-ackreditering redan arbetar med våra produkter i en forskningsmiljö."

Ytterligare läsning

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/plastic-scintillation-detectors-prove-a-win-win-in-clinical-physics-research-and-education/