ฟิสิกส์ของอนุภาคเสนอมุมมองใหม่เกี่ยวกับการรักษาด้วยโปรตอน FLASH - Physics World

<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="มุ่งหน้าสู่แฟลชนำทางด้วยภาพ เครื่องสแกน PET ที่พัฒนาโดย Karol Lang และเพื่อนร่วมงานของเขาสามารถเห็นภาพและวัดผลของการบำบัดด้วยโปรตอนในขณะที่ส่งลำแสง (เอื้อเฟื้อโดย: Marek Proga จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน)”>

เทคโนโลยีที่ก้าวล้ำซึ่งแต่เดิมสร้างขึ้นเพื่อการทดลองที่ทะเยอทะยานที่สุดในฟิสิกส์อนุภาค มักจะก่อให้เกิดนวัตกรรมในการรักษาและการวินิจฉัยทางการแพทย์ ความก้าวหน้าในด้านเครื่องเร่งความเร็วและวิศวกรรมลำแสงได้ช่วยในการพัฒนากลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการรักษาโรคมะเร็ง ในขณะที่เครื่องตรวจจับที่ออกแบบมาเพื่อจับอนุภาคที่เข้าใจยากที่สุดได้เสนอวิธีใหม่ในการดูการทำงานภายในของร่างกายมนุษย์

ในการพัฒนาล่าสุดครั้งหนึ่ง ทีมวิจัยในสหรัฐฯ นำโดยคาโรล แลง นักฟิสิกส์อนุภาคทดลองจากมหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสติน ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรก การถ่ายภาพแบบเรียลไทม์ของผลกระทบของการรักษาด้วยโปรตอน FLASH ก่อน ระหว่าง และหลังการส่งลำแสง การรักษาด้วย FLASH ที่เกิดขึ้นใหม่เหล่านี้ให้ปริมาณรังสีที่สูงเป็นพิเศษในช่วงเวลาที่สั้นมาก ซึ่งสามารถกำจัดเซลล์มะเร็งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็สร้างความเสียหายให้กับเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีน้อยลง การรักษาด้วย FLASH ต้องการการฉายรังสีน้อยลงในช่วงเวลาการรักษาที่สั้นลง ซึ่งจะช่วยให้ผู้ป่วยจำนวนมากขึ้นได้รับประโยชน์จากการรักษาด้วยโปรตอน และลดความเสี่ยงของผลข้างเคียงที่เกี่ยวข้องกับรังสีได้อย่างมาก

ทีมวิจัยซึ่งเกี่ยวข้องกับนักฟิสิกส์การแพทย์ที่ MD Anderson Proton Therapy Center ในฮูสตัน ได้ผลิตภาพโดยใช้เครื่องสแกนที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์สำหรับการตรวจเอกซเรย์ปล่อยโพซิตรอน (PET) ซึ่งเป็นเทคนิคที่เกิดขึ้นจากการทดลองบุกเบิกที่ CERN ในปี 1970 . ทีมงานใช้อุปกรณ์ PET ที่ปรับแต่งมาเพื่อถ่ายภาพทั้งการโจมตีอย่างรวดเร็วของลำโปรตอนและผลกระทบของมันภายใน 20 นาทีหลังการฉายรังสี โดยใช้ภูตผีที่แตกต่างกัน XNUMX ตัวที่ทำหน้าที่เสมือนตัวแทนสำหรับผู้ป่วยมนุษย์

“การฉายรังสีด้วยโปรตอนจะทำให้เกิดไอโซโทปอายุสั้นในร่างกาย ซึ่งในหลายกรณีเป็นตัวปล่อยโพซิตรอน” Lang อธิบาย “ด้วยการบำบัดด้วยโปรตอน FLASH ลำแสงจะสร้างความเข้มของโพซิตรอนที่สูงขึ้น ซึ่งเพิ่มความแรงของสัญญาณ แม้จะมีอาร์เรย์เครื่องตรวจจับ PET ขนาดเล็ก เราก็สามารถสร้างภาพและวัดทั้งความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปและวิวัฒนาการของพวกมันเมื่อเวลาผ่านไป”

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="เล็ก แต่ทรงพลัง อาร์เรย์เครื่องตรวจจับที่ใช้ในเครื่องสแกน PET มีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่ความเข้มของลำแสง FLASH ทำให้สามารถสร้างภาพและวัดความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปได้ (เอื้อเฟื้อโดย: Marek Proga, มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน)” title=”คลิกเพื่อเปิดภาพในป๊อปอัป” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg” >

การวัดที่บันทึกไว้ในระหว่างการทดลองพิสูจน์หลักการเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าเครื่องสแกน PET ในลำแสงสามารถให้การถ่ายภาพแบบเรียลไทม์และการวัดปริมาณรังสีสำหรับการรักษาด้วยโปรตอน ทีมงานยังสามารถระบุความเข้มของลำโปรตอนได้ด้วยการตรวจจับแกมม่าที่เกิดขึ้น ซึ่งตั้งชื่อนี้เนื่องจากพวกมันเกิดจากการสลายนิวเคลียสในช่วงเวลาที่สั้นมาก ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการสกัดลำโปรตอน ด้วยการดัดแปลงอุปกรณ์เพียงเล็กน้อย Lang เชื่อว่าสามารถวัดแกมมาที่เกิดขึ้นได้เพื่อให้ได้ภาพรวมของลำแสงโปรตอน จากนั้น PET จะใช้ในการติดตามวิวัฒนาการของไอโซโทปหลังจากส่งลำแสงไปแล้ว

“ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเป็นเพียงเรื่องของการปรับปรุงการตั้งค่าการทดลองสำหรับเทคนิคเพื่อให้การวัดผลที่เป็นประโยชน์ในสถานพยาบาล” เขากล่าว “แน่นอนว่าเรารู้ว่ายังคงต้องมีการทดสอบก่อนคลินิกเป็นจำนวนมาก แต่ในขั้นตอนนี้เป็นที่แน่ชัดว่าไม่มีใครกล้าแสดงเทคนิคนี้”

Lang และเพื่อนร่วมงานของเขาอธิบายถึงแนวทางและผลลัพธ์ในเอกสารสองฉบับที่ตีพิมพ์ใน ฟิสิกส์การแพทย์และชีววิทยา (PMB)ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถเข้าถึงได้ฟรี นักวิจัยยังได้รับประโยชน์จากรูปแบบการเผยแพร่ที่เกิดขึ้นใหม่ ซึ่งเรียกว่าข้อตกลงการเปลี่ยนแปลง ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถเผยแพร่ทั้งสองบทความแบบเปิดได้โดยไม่จำเป็นต้องจ่ายค่าตีพิมพ์บทความตามปกติ

ภายใต้ข้อตกลงที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลง ในกรณีนี้ระหว่าง IOP Publishing และ University of Texas System นักวิจัยจากสถาบันใดๆ ภายในกลุ่มวิชาการสามารถเข้าถึงเนื้อหาการวิจัยและเผยแพร่ผลงานของตนเองได้โดยไม่มีค่าใช้จ่าย แท้จริงแล้ว IOP Publishing ซึ่งจัดพิมพ์ PMB ในนามของสถาบันฟิสิกส์และวิศวกรรมศาสตร์ในการแพทย์ ในปัจจุบัน มีข้อตกลงการเปลี่ยนแปลงในสถานที่ ด้วยสถาบันมากกว่า 900 แห่งใน 33 ประเทศ ให้การเข้าถึงและตีพิมพ์ผลงานวารสารวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย

จุดมุ่งหมายของข้อตกลงการอ่านและเผยแพร่เหล่านี้คือการเร่งการเปลี่ยนผ่านไปสู่การเผยแพร่แบบเปิด เนื่องจากเป็นการหลีกเลี่ยงความจำเป็นที่นักวิจัยจะต้องจัดหาเงินทุนของตนเองสำหรับค่าธรรมเนียมการตีพิมพ์ สำหรับ Lang การเคลื่อนไหวใดๆ ที่เป็นการเปิดกว้างทางวิทยาศาสตร์และช่วยให้ชุมชนต่างๆ สามารถทำงานร่วมกันได้ จะช่วยกระตุ้นแนวคิดใหม่ๆ จากสาขาวิชาอื่นๆ ที่จะขับเคลื่อนนวัตกรรมในอนาคต “หากฉันเจอรายงานที่น่าสนใจซึ่งฉันไม่สามารถเข้าถึงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากอยู่ในสาขาอื่น ฉันยังขาดข้อมูลบางอย่างที่อาจช่วยฉันในการทำงานได้” เขากล่าว “ข้อมูลที่เปิดเผยและเสรีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเราในการสร้างความก้าวหน้า”

จากประสบการณ์ของเขาในสาขาฟิสิกส์อนุภาค Lang ได้เห็นถึงประโยชน์ที่ได้จากวัฒนธรรมการวิจัยที่เปิดกว้างและร่วมมือกัน “ในวิชาฟิสิกส์อนุภาค ทุกคนแบ่งปันความคิดและความสำเร็จที่ดีที่สุดของตน และผู้คนต้องการมีส่วนร่วมในการค้นหาวิธีต่างๆ ในการพัฒนาและใช้ประโยชน์จากแนวคิดใหม่ๆ” เขากล่าว “หากไม่มีกรอบความคิดในการทำงานร่วมกัน ความก้าวหน้าที่เราได้เห็นที่ CERN, Fermilab และที่อื่นๆ ก็คงไม่เกิดขึ้น”

<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="ออกแบบที่กำหนดเอง Karol Lang (กลาง) พร้อมด้วยวิศวกร Marek Proga (ซ้าย) และนักวิจัยหลังปริญญาเอก John Cesar และเครื่องสแกน PET ที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะซึ่งพัฒนาโดยทีมงาน การกำหนดค่าของเครื่องสแกนช่วยให้สามารถวัดค่าในลำแสงได้ในขณะที่ผู้ป่วยกำลังรับการรักษา (เอื้อเฟื้อ: Michael Gajda, มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน)” title=”คลิกเพื่อเปิดภาพในป๊อปอัป” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

อย่างไรก็ตาม เป็นที่แน่ชัดว่า Lang รู้สึกหงุดหงิดที่คนในวงการแพทย์บางคนไม่ค่อยเปิดกว้างต่อแนวคิดใหม่ๆ โดยเฉพาะจากนักฟิสิกส์ที่ไม่เคยมีประสบการณ์ทางคลินิกมาก่อน “เรารู้ว่าเทคโนโลยีที่ดีที่สุดในฟิสิกส์การแพทย์และการถ่ายภาพนิวเคลียร์มาจากความก้าวหน้าในด้านฟิสิกส์ของอนุภาคและนิวเคลียร์ แต่ก็ยากที่จะนำแนวคิดใหม่ๆ มาสู่การแพทย์” เขากล่าว “ตอนนี้ฉันเข้าใจดีขึ้นแล้วว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น การเปลี่ยนแปลงขั้นตอนทางการแพทย์ที่ได้รับการทดลองและเชื่อถือได้และวิธีปฏิบัติในการรักษาอย่างเป็นทางการนั้นซับซ้อนกว่าการเปลี่ยนเครื่องตรวจจับที่ดีกว่ามาก แต่ฉันยังคงผิดหวังกับความยากในการเจาะเข้าไปในภาคส่วนนี้และมีส่วนร่วม ในการวิจัยร่วมกัน”

แม้ว่า Lang เคยพยายามสร้างเครื่องตรวจจับทางการแพทย์มาก่อน แต่เขารับทราบว่าเขาและนักฟิสิกส์อนุภาคคนอื่นๆ อาจมีความผิดฐานไร้เดียงสาหรือแม้แต่เย่อหยิ่งเมื่อต้องนำเทคโนโลยีใหม่ๆ มาสู่สภาพแวดล้อมของโรงพยาบาลที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด อย่างไรก็ตาม สำหรับงานใหม่นี้ นักฟิสิกส์การแพทย์กลุ่มหนึ่งขอให้เขาเป็นผู้นำในโครงการวิจัยที่ต้องใช้ความเชี่ยวชาญในการสร้างเครื่องตรวจจับอนุภาค “ฉันยังคงค้นคว้าฟิสิกส์นิวตริโนต่อ แต่ฉันเชื่อว่าสิ่งที่เรานำเสนอนั้นมีเอกลักษณ์และคุ้มค่ามากจนฉันอยากมีส่วนร่วม” Lang กล่าว “เมื่อฉันเรียนรู้มากขึ้น ฉันก็รู้สึกทึ่งมากขึ้น และติดใจแนวคิดเรื่องการรักษาแบบ FLASH มากขึ้น”

ในขณะที่จำเป็นต้องมีการทำงานเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเทคนิคการถ่ายภาพในลำแสงสำหรับการใช้งานทางคลินิก Lang เชื่อว่าในระยะสั้นสามารถเสนอเครื่องมือวิจัยที่มีคุณค่าเพื่อช่วยให้เข้าใจผลกระทบของ FLASH “ไม่มีใครรู้จริงๆ ว่าเหตุใด FLASH จึงทำงาน หรือชัดเจนว่าควรใช้พารามิเตอร์ลำแสงใดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด” เขากล่าว “นั่นทำให้ฉันค่อนข้างลึกซึ้งว่าเราไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ารังสีมีปฏิกิริยาอย่างไรกับเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีหรือที่เป็นมะเร็ง”

Lang โต้แย้งว่าด้วยเครื่องมือใหม่นี้ มันเป็นไปได้ที่จะสำรวจกลไกทางกายภาพที่เกิดขึ้นในระหว่างการรักษาด้วย FLASH “เทคนิคนี้สามารถช่วยให้เราเข้าใจว่าร่างกายมนุษย์มีปฏิกิริยาอย่างไรหลังจากการฉายรังสีด้วยพลังงานอันเข้มข้นเช่นนี้” เขากล่าว “มันเสนอวิธีการสำรวจผลกระทบของการฉายรังสีตามเวลา ซึ่งดูเหมือนว่าสำหรับผมยังไม่เคยทำอย่างเป็นระบบมาก่อน”

อย่างไรก็ตาม เป้าหมายในระยะยาวคือการสร้างรูปแบบการรักษาที่มีภาพนำทางซึ่งจะวัดผลกระทบของการฉายรังสีแต่ละครั้งเพื่อแจ้งและปรับปรุงการรักษาที่ตามมา แนวทางการปรับตัวดังกล่าวใช้ไม่ได้ผลกับเกณฑ์วิธีการรักษาแบบเดิมๆ โดยให้ในปริมาณที่น้อยกว่าในเซสชันประมาณ 30 ครั้งต่อวัน แต่อาจใช้ได้ผลมากกว่าด้วยการรักษาด้วย FLASH ที่อาจต้องใช้เพียงไม่กี่โดสเพื่อให้พลังงานเพียงพอในการกำจัดมะเร็ง

“การตรวจสอบผลกระทบของการฉายรังสีแต่ละครั้งจะเปลี่ยนแปลงพลวัต การขนส่ง และผลลัพธ์ของการรักษาโดยสิ้นเชิง” Lang กล่าว “เมื่อรวมกับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตอนที่มีพลังกับร่างกายมนุษย์ โปรโตคอล FLASH ที่ปรับเปลี่ยนได้ดังกล่าวอาจมีผลกระทบเชิงปฏิวัติต่อผลลัพธ์ของผู้ป่วย”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/