Compact linac, klinik FLASH radyoterapi için ultra yüksek doz oranlı X-ışınları üretir

Ultra yüksek doz hızlı (UHDR) radyasyon ışınları kullanılarak verilen FLASH radyoterapi, anti-tümör etkinliğini korurken normal doku toksisitesini önemli ölçüde azaltabilir. Mevcut tıbbi hızlandırıcıları uyarlayarak UHDR ışınları oluşturmak nispeten kolay olduğundan, bu FLASH etkisini gösteren klinik öncesi çalışmalar çoğunlukla elektronları ve protonları kullanmıştır. Ancak hastalarda kullanılmak üzere FLASH'ı tercüme etmek için, geleneksel klinik radyoterapide yaygın olarak kullanılan yüksek enerjili (megavoltaj) X-ışınları daha optimal bir yaklaşım sağlayabilir.

Bunu göz önünde bulunduran bir araştırma ekibi, Tsinghua Üniversitesi Çin'de, kompakt boyutu ve düşük maliyeti nedeniyle tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılan oda sıcaklığında RF lineer hızlandırıcıya (linac) dayalı bir FLASH radyoterapi platformu geliştiriyor. bölümünde açıklanan sistemlerini gösterdiler. Tıp fiziği, klinik olarak ilgili bir kurulumda 40 Gy/s'yi aşan bir doz hızına sahip yüksek enerjili X-ışını ışınları üretebilir.

Araştırmacı Hao Zha, "FLASH radyoterapide X-ışınlarını kullanmanın potansiyel avantajları, makinenin kompakt olması ve tedavinin yüksek maliyet etkinliğidir" diyor. Fizik dünyası. "Hızlandırıcımızın uzunluğu sadece 1.65 m idi, bu nedenle deney küçük bir odaya kurulabilir."

Hızlandırıcı optimizasyonu

Yüksek enerjili klinik X-ışını radyoterapi sistemleri, tipik olarak, elektron ışınlarını MeV seviyesine hızlandıran oda sıcaklığındaki bir RF linac'a dayanır. Bu elektronlar daha sonra onları bremsstrahlung etkisi yoluyla yüksek enerjili X-ışınlarına dönüştüren bir hedefi ışınlar. Ulaşılabilir X-ışını doz oranı, gelen elektron demetinin hem enerjisine hem de akımına bağlıdır.

Bununla birlikte, FLASH radyoterapisi, geleneksel sistemlerden 2-3 kat daha yüksek bir doz oranı gerektirir. Ekip bu çalışmada, ortalama ışın akımını onlarca mikroamperden birkaç miliampere çıkararak bunu başardı.

Zha ve meslektaşları, UHDR yüksek enerjili X-ışını radyasyon platformlarını, bir S-bandında geriye doğru hareket eden dalga elektron linacını optimize ederek geliştirdiler. 1.65 mA darbe akımı, 11 µs darbe uzunluğu ve 300 kW ortalama ışın gücü ile 12.5 MeV elektron ışını üretmek için klistron tabanlı bir güç kaynağı kullanan 29 m uzunluğunda bir hızlandırıcı tasarladılar.

Bir sonraki engel, bu tür yüksek ortalama güçlü elektron ışınlarının elektrondan fotona dönüşüm hedefinde çok büyük miktarlarda ısı biriktirmesidir. Ekip, bu ısınmayı hafifletmeye yardımcı olmak için elektron ışınlarını, enine ışın boyutunu 1.8 mm'den 5.1 mm'ye çıkaran ve böylece hedefteki güç yoğunluğunu ve darbe ısıtmasını azaltan 10.6 m uzunluğundaki bir sürüklenme tüpünden gönderdi.

Suyu soğutmak için bakırla çevrili işlevsel alan olarak bir tungsten diski içeren dönüştürme hedefinin performansı, ışın hattındaki tungsten ve bakırın kalınlıklarına bağlıdır. Bu nedenle araştırmacılar, malzeme kalınlıklarını optimize etmek için Monte Carlo ve termal sonlu eleman analizi simülasyonlarını kullandılar.

1.4–4 mm tungsten ve 1.5–3 mm bakırın modellenmesi, X-ışını doz oranının her iki malzemenin de artan kalınlığıyla azaldığını ortaya çıkardı. Güvenli soğutmayı sürdürürken X-ışını dönüştürme verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için 3 mm tungsten ve 2 mm bakırdan oluşan bir hedef oluşturdular. Bu kombinasyon, simülasyonlarda 1.66 cm kaynak-yüzey mesafesinde (SSD) ortalama 40.2 MeV enerjiye ve 70 Gy/s doz hızına sahip darbeli X-ışınları üretebilir.

Linak dozimetri

Araştırmacılar, oda sıcaklığındaki linaklarının performansını değerlendirmek için mutlak doz ölçümleri yapmak üzere EBT3 ve EBT-XD radyokromik filmler kullandılar. Filmleri X-ışını hedefinden 50 veya 67.9 cm uzağa, 2.1 cm derinliğe bir su fantomuna yerleştirdiler. Maksimum ortalama doz hızları, iki film türü arasında iyi bir uyumla 80 cm SSD'de 50 Gy/s'yi ve 45 cm SSD'de 67.9 Gy/s'yi aştı.

Araştırmacılar ayrıca her bir radyasyon atışının göreli toplam dozunu ölçmek için 100 cm SSD'de bir PTW Çiftçi tipi iyonizasyon odası ve her bir darbenin göreli dozunu ölçmek için filmin altına yerleştirilmiş bir düzlem-paralel iyonizasyon odası kullandılar. Ortalama sabit durum doz hızı (film sonuçlarıyla kalibre edilmiştir) 49.2 cm SSD'de 67.9 Gy/s idi. Nabız ve demet doz hızları sırasıyla 5.62 ve 59.0 kGy/s idi.

Ekip ayrıca sistem kararlılığını test etmek için düzlem-paralel detektörü kullandı. Ardışık 20 radyasyon atışının standart sapması, toplam dozun %1.3'üydü. Araştırmacılar, ışınlama kontrol stratejisini değiştirerek bu atıştan atışa doz stabilitesini %0.3'e çıkardı. Günlük stabilite, günlük sıcaklık değişikliklerine atfedilen 3.9 radyasyon atışında (yedi gün boyunca günde 70) %10'luk daha zayıf bir standart sapmaya sahipti.

Araştırmacılar, linac sisteminin platform kurulumunda herhangi bir değişiklik yapmadan hem UHDR hem de geleneksel ışınlama üretebileceğini belirtiyor. Ortalama doz hızı, darbe tekrarlama hızı (1 ila 700 Hz) ve darbe uzunluğu (6.3 ila 12.5 µs) değiştirilerek ayarlanabilir. Ek olarak, platformun SSD'si değiştirilerek hem ortalama doz hızı hem de nabız doz hızı ayarlanabilir.

Elektron FLASH dozimetrisi için uyarlanmış yüksek enerjili fizik cihazları

Gelecekteki uygulamalarda, statik dönüştürme hedefinin dönen bir tasarımla değiştirilebileceğini öne sürüyorlar. Bu, soğutma sistemi üzerindeki yükün azaltılmasına yardımcı olacak ve ışın genleştirme sürükleme tüpüne olan ihtiyacı ortadan kaldırarak sistemin kompaktlığını ve basitliğini daha da artıracaktır.

Araştırmacılar, "Sonuçlar, oda sıcaklığında linaklara dayalı X-ışını FLASH radyoterapisini klinik uygulamalara sokmak için gelecekteki çalışmalar için cesaret vericidir." "Uygun maliyet, sistem basitliği ve çoğu hastane tedavi odası için uygun kompaktlık avantajlarına sahip olduğu için, oda sıcaklığındaki linak sistemi, oldukça çekici olan rekabetçi bir FLASH radyoterapi çözümü olarak önerildi."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/compact-linac-generates-ultrahigh-dose-rate-x-rays-for-clinical-flash-radiotherapy/