แพลตฟอร์มรังสีเอกซ์ที่มีอัตราการให้รังสีสูงพิเศษพร้อมสำหรับการวิจัยทางชีววิทยารังสี 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="การทดลองบีมไลน์ครั้งแรก ผู้เขียนคนแรก Nolan Esplen ที่สถานีวิจัยการฉายรังสี FLASH ที่ TRIUMF (เอื้อเฟื้อโดย: Luca Egoriti)” title=”คลิกเพื่อเปิดภาพในป๊อปอัป” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- บรรทัดขึ้นสำหรับแฟลช-radiobiological-research-physics-world.jpg”>

นักวิจัยในแคนาดาได้กำหนดลักษณะเฉพาะของแพลตฟอร์มการฉายรังสีเอกซ์สำหรับการศึกษาทางชีววิทยารังสีของการรักษาด้วยรังสี FLASH ซึ่งเป็นเทคนิคการรักษามะเร็งที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งใช้การฉายรังสีที่มีอัตราการฉายรังสีสูงพิเศษ (UHDR) แพลตฟอร์มดังกล่าวซึ่งมีชื่อว่าสถานีวิจัยการฉายรังสี FLASH ที่ TRIUMF หรือ "FIRST" สามารถส่งลำแสงเอ็กซ์เรย์ 10 MV ที่อัตราโดสที่เกิน 100 Gy/s

ตั้งอยู่ที่ลำแสง ARIEL ที่ ไทรอัมพ์FIRST ซึ่งเป็นศูนย์เครื่องเร่งอนุภาคของแคนาดา ปัจจุบันเป็นแพลตฟอร์มการฉายรังสีเพียงแห่งเดียวในอเมริกาเหนือ ทั่วโลก มีลำแสงรังสีเอกซ์แรงดันไฟฟ้าเมกะแรงดันไฟฟ้า UHDR สองรุ่นทดลอง: เส้นหนึ่งที่ TRIUMF ในแวนคูเวอร์ และอีกเส้นหนึ่งในเมืองเฉิงตู ที่สถาบัน China Academy of Engineering Physics เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระเทราเฮิร์ตซ์

นักวิจัยกล่าวว่ารังสีเอกซ์ Megavoltaic ต้องการข้อกำหนดเครื่องเร่งความเร็วที่พอประมาณเมื่อเปรียบเทียบกับรังสีอื่น ๆ ที่ใช้ในการรักษาเนื้องอกที่ฝังลึก และ FIRST สามารถให้ทั้ง UHDR และการฉายรังสี megavolt ทั่วไปบนลำแสงทั่วไป

“ยังมีช่องว่างในความพร้อมของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีปริมาณรังสีสูงเป็นพิเศษ มันเป็นความต้องการที่ไม่ได้รับการตอบสนองในภาคสนาม และไม่มีแพลตฟอร์มเชิงพาณิชย์ที่สามารถส่งรังสีประเภทนี้เป็นประจำ” อธิบาย โนแลน เอสเพลนนักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก MD Anderson Cancer Center “โครงการความร่วมมือหลายปีนี้ (กับ TRIUMF) …เป็นโอกาสในการใช้ประโยชน์จากห้องปฏิบัติการที่มีเอกลักษณ์เฉพาะนี้ด้วยการเข้าถึงตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่มีพลังงานสูงเพื่อสร้างรังสีประเภทที่เราต้องการมองหาสำหรับการวิจัยทางรังสีวิทยาของ FLASH”

เอสเปลนทำการทดลองกำหนดลักษณะเฉพาะครั้งแรกในขณะที่เขาเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ มหาวิทยาลัยวิกตอเรีย ทำงานใน เอ็กซ์ไซต์แล็บ- การศึกษาล่าสุดของทีมวิจัยซึ่งตีพิมพ์ใน รายงานทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาตินำเสนอลักษณะเฉพาะที่ครอบคลุมของการทดลองครั้งแรกและการทดลองพรีคลินิกเบื้องต้น งานจำลองได้รับการตีพิมพ์ในปี 2022 ใน ฟิสิกส์ในการแพทย์และชีววิทยา.

“เรามีส่วนร่วมในการฉายรังสีที่มีโดสสูงพิเศษมาระยะหนึ่งแล้ว” ผู้อำนวยการของ XCITE Lab กล่าว มักดาเลนา บาซาโลวา-คาร์เตอร์- “เราเริ่มพูดคุยกับผู้คนที่ TRIUMF เกี่ยวกับลำแสง ARIEL และถ้าเราสร้างเป้าหมายสำหรับลำแสงนี้ เราจะได้อัตราปริมาณรังสีเอกซ์เท่าใด นั่นคือจุดเริ่มต้นทั้งหมด”

ครั้งแรกของ FIRST

นักวิจัยได้สำรวจชุดย่อยของพารามิเตอร์ลำแสงที่มีอยู่และมีความเกี่ยวข้องทางคลินิกเพื่อระบุลักษณะ FIRST ภายใต้ UHDR และการดำเนินการตามอัตราปริมาณรังสีแบบทั่วไป พวกเขากำหนดพลังงานลำแสงอิเล็กตรอนไว้ที่ 10 MeV เพื่อเพิ่มอัตราโดสสูงสุดและอายุยืนของเป้าหมาย และตั้งค่ากระแสลำแสง (กระแสสูงสุด) ระหว่าง 95 ถึง 105 µA อัตราปริมาณรังสีถูกคำนวณโดยใช้การวัดปริมาณรังสีแบบฟิล์ม

อัตราปริมาณรังสีที่สูงกว่า 40 Gy/s ทำได้ที่ความลึกสูงสุด 4.1 ซม. สำหรับขนาดสนาม 1 ซม. เมื่อเปรียบเทียบกับลำแสง 10 MV ทางคลินิก FIRST ให้การสะสมของขนาดยาผิวเผินที่ลดลง เมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนพลังงานต่ำ FIRST ให้ปริมาณรังสีที่ค่อยๆ ลดลงเกินกว่า d_{แม็กซ์} (ความลึกของปริมาณสูงสุด) ทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าการมีอยู่ของการไล่ระดับความลึกระดับผิวเผินที่สูงชันทำให้เกิดปัญหาความแตกต่างของขนาดยาซึ่งปัจจุบันจำกัดการใช้งานเฉพาะงานพรีคลินิก ข้อจำกัดด้านความคงตัวของแหล่งที่มาทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสและขนาดยา

จากการศึกษาลักษณะเฉพาะดังกล่าว นักวิจัยจึงใช้ FIRST เพื่อส่ง UHDR (สูงกว่า 80 Gy/s) และการฉายรังสีเอกซ์แบบธรรมดาในอัตราขนาดต่ำไปยังปอดของหนูที่มีสุขภาพดี พวกเขาประสบความสำเร็จในการส่งยาขนาด 15 และ 30 Gy ถึงภายใน 10% ของใบสั่งยาที่ความลึก 1 ซม. ผลกระทบของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของเนื้อเยื่อปอดไม่ได้รับการแก้ไข (การศึกษาการออกแบบของกลุ่มชี้ไปที่การรบกวนเล็กน้อยที่พลังงานลำแสงเมกะแรงดันไฟฟ้า) เอาท์พุตของแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนและความแปรปรวนของปริมาณรังสีของฟิล์มครอบงำความไม่แน่นอนในการวัดขนาดยาก่อนการบำบัด

บทเรียนที่ได้รับ

พื้นที่ทางกายภาพที่ FIRST ตั้งอยู่นั้นเดิมทีมีวัตถุประสงค์ - และยังคงทำหน้าที่เป็น - ลำแสงทิ้ง (ซึ่งลำแสงอนุภาคที่มีประจุสามารถดูดซับได้อย่างปลอดภัย) นั่นนำไปสู่ความท้าทายในการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับ FIRST

“ไม่มีพื้นฐานในการทำสิ่งที่เรากำลังทำอยู่ และมันก็เป็นโอกาสในการพัฒนาสำหรับ TRIUMF ด้วย ผู้คนจำนวนมากได้เรียนรู้เกี่ยวกับระบบ รวมถึงความแตกต่างในการส่งมอบประเภทนี้และสิ่งที่เราทำได้ดี และสิ่งที่เราสามารถทำได้ดีขึ้นในอนาคต” Esplen กล่าว “ด้วยความจริงที่ว่านี่คือสิ่งอำนวยความสะดวกที่กำลังได้รับการพัฒนา เราจึงเป็นโอกาสทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรก มันเป็นสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เรามีผู้ร่วมมือและนักฟิสิกส์ลำแสงที่มีความสามารถสูงบางคนที่ทำงานเพื่อตั้งค่าพารามิเตอร์ด้านออพติกทั้งหมดของลำแสงเพื่อที่เราจะได้สามารถส่งลำแสงที่มีการกระจายตัวน้อยที่สุดในขนาดที่ถูกต้องไปยังเป้าหมายได้”

ในช่วงเวลาของการทดลองของนักวิจัย สามารถฉายรังสีคู่ Phantom หรือเมาส์เพียงตัวเดียวได้ทุกๆ 45 นาที หลังจากพิจารณาถึงการตั้งค่า การส่งมอบ และการปิดแพลตฟอร์มแล้ว และหลังจากการปรับลำแสงและตัวลำแสงทุกครั้ง นักวิจัยจะต้องปรับลำแสงใหม่เพื่อยืนยันเอาท์พุตและการวัดปริมาณรังสี

หลอดเอ็กซเรย์ทั่วไปสามารถให้อัตราปริมาณรังสี FLASH ได้หรือไม่

“มันเป็นเรื่องที่แตกต่างจากฟิสิกส์การแพทย์ทางคลินิก เมื่อคุณทำการทดลองกับ Linac ในโรงพยาบาล บุคคลหนึ่งคนสามารถจัดการการทดลองทั้งหมดได้…นี่เป็นสถานการณ์ที่แตกต่างออกไปมาก” บาซาโลวา-คาร์เตอร์กล่าว “คนห้าคนต้องใช้ลำแสง [สำหรับการทดลองเหล่านี้] เพื่อเฝ้าดูหน้าจอทั้งหมด และถึงแม้จะไม่ได้ใช้ทั้งหมดสำหรับการทดลองของเรา แต่ฉันคิดว่าฉันนับได้ 113 หน้าจอในห้องควบคุม...มันค่อนข้างน่าสนใจที่เรา อาจได้รับข้อตกลงปริมาณรังสีที่เหมาะสมมากระหว่างการจำลองและการทดลองในมอนติคาร์โล เมื่อพิจารณาว่าการทดลองเหล่านี้มีความท้าทายเพียงใด”

อย่างไรก็ตาม อุปสรรคดังกล่าวข้อดีของแพลตฟอร์ม FIRST ได้แก่ การควบคุมพารามิเตอร์แหล่งกำเนิดที่สำคัญ รวมถึงความถี่การเกิดซ้ำของพัลส์ กระแสสูงสุด พลังงานลำแสง และกำลังเฉลี่ย

“เราเป็นผู้ใช้ลำแสง ARIEL รายแรก” บาซาโลวา-คาร์เตอร์สะท้อนให้เห็น “หลังจากทำงานในโครงการนี้มาหลายปี ถือเป็นเรื่องน่าพึงพอใจอย่างยิ่งที่สามารถทดลองการฉายรังสีของหนูได้”

การศึกษาติดตามผลทางรังสีวิทยากำลังจะเกิดขึ้น

• 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/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/