Högenergifysikenheter anpassade för elektron FLASH dosimetri

Övervakning och kontroll av strålningen som levereras till varje patient är av yttersta vikt vid strålbehandling. Detta är en aktuell utmaning i framväxande modaliteter med ultrahög doshastighet, såsom elektron FLASH (eFLASH) strålbehandling.

FLASH-strålbehandling ger strålning med ultrahöga doshastigheter, förkortar behandlingsförloppet och förbättrar vävnadssparandet jämfört med konventionell strålbehandling.

"En av de saker som vi behöver belysa [med FLASH] är vad som är den biologiska mekanismen bakom spareffekten och hur beror det på hur vi levererar dessa ultrahöga doshastigheter. För att avgöra att vi behöver veta exakt vad vi levererar”, förklarar Emil Schüler från University of Texas MD Anderson Cancer Center. "Att ha en god förståelse för de exakta parametrarna för varje puls som levereras verkar vara viktigt. Tills vi vet mer behöver vi ha den typen av detaljerad förståelse för våra leveranser, och det är där konventionell utrustning har visat sig vara suboptimal.”

Vid konventionell strålbehandling övervakas strålningsleveransen med hjälp av transmissionsjonkammare. Medan jonpar ibland rekombinerar i dessa dosimetrar, representerar jonrekombination endast en liten andel av mätningarna (mindre än 5%) och dessa händelser kan förklaras med hjälp av modeller och korrigeringsfaktorer. I eFLASH-strålar med hög doshastighet kan dock över 90 % av jonparen rekombineras, konventionella modeller som korrigerar för jonparsrekombination går sönder, och exakt strålövervakning och kontroll blir utmanande – om inte omöjligt.

Leds av Schüler och Sam Beddar, har ett team av MD Anderson-forskare nyligen beskrivit ett sätt att övervinna de utmaningar som är förknippade med eFLASH strålövervakning. Deras lösning har sina rötter i högenergifysikexperiment.

Strålströmtransformatorer för FLASH

I sin studie, rapporterad i Journal of Applied Clinical Medical Physics, introducerar forskarna ett integrerat strålströmtransformatorsystem (BCT) för att övervaka strålar som produceras av Mobetron system, en kommersiell linjäraccelerator för elektronterapi tillverkad av IntraOp.

BCT, som ursprungligen användes i strållinjerna för högenergifysikexperiment, mäter den inducerade strömmen av elektroner som passerar genom dem. Bygger på arbete utfört kl Lausanne universitet, IntraOp-ingenjörer designade om Mobetron-huvudet för att rymma två BCT:er: en placerad efter den primära spridningsfolien; den andra, nedströms om den sekundära spridningsfolien.

MD Anderson-forskarna karakteriserade sedan utförligt BCT-svaret på elektronstrålar med ultrahög doshastighet vid 6 och 9 MeV. De övervakade strålutmatningen i olika dosimetriska inställningar och med olika kollimation som en funktion av dos, spridningsförhållanden och fysiska strålparametrar inklusive pulsbredd, pulsrepetitionsfrekvens och dos per puls. Dosimetriska utvärderingar utfördes med GafChromic EBT3-film, en standarddosimeter som ger totaldosavläsningar oberoende av doshastighet. Experimentella studier utfördes tre gånger för att säkerställa repeterbarhet och reproducerbarhet.

Teamet drog slutsatsen att BCT:er noggrant kan övervaka eFLASH-strålar, kvantifiera acceleratorprestanda och fånga väsentliga fysiska strålparametrar på en puls-för-puls-basis.

Nu undersöker de källan till, och sätt att korrigera för, högre differentiella backscatter-nivåer uppmätta i den övre BCT i förhållande till den nedre BCT. Dessa avvikelser mättes utanför intervallet för troliga kliniska eFLASH-stråleparametrar. Schüler och Beddars team utvecklar också metoder för att mäta strålens planhet och symmetri, som hittills inte kan mätas med BCT.

Fotoner, protoner eller elektroner: vilka kommer att ge FLASH-strålbehandling till kliniken?

Det övergripande målet för denna forskning, säger Schüler, är att se till att strålningsfysiker kan leverera eFLASH strålbehandlingar exakt och exakt.

"Det handlar verkligen om att se till att vi kan garantera en säker och robust klinisk översättning av denna teknik", säger Schüler. "För medicinska fysiker går det här lite utanför vår komfortzon... utanför standardutrustningen som vi använder nu, när FLASH-strålbehandling blir verklighet. Vi försöker också utveckla jonkammarteknologin för dessa ultrahöga doshastigheter, men för övervakning av [stråle], speciellt när det gäller elektronstrållinjer, är det osannolikt att vi kommer att kunna använda transmissionskammare på samma sätt som vi har tidigare med konventionell strålbehandling med dosfrekvens."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/high-energy-physics-devices-adapted-for-electron-flash-dosimetry/