Рентгенівська платформа з надвисокою потужністю дози готова до радіобіологічних досліджень FLASH – Physics World

Рентгенівська платформа з надвисокою потужністю дози готова до радіобіологічних досліджень FLASH – Physics World

Мітка часу: 23 лютого 2024 7:00

<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="Перші експерименти на лінії променя Перший автор Нолан Есплен на дослідницькій станції опромінення FLASH в TRIUMF. (З дозволу: Лука Егоріті)” title=”Натисніть, щоб відкрити зображення у спливаючому вікні” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform- lines-up-for-flash-radiobiological-research-physics-world.jpg”>Нолан Есплен на дослідницькій станції опромінення FLASH в TRIUMF
Перші експерименти на лінії променя Перший автор Нолан Есплен на дослідницькій станції опромінення FLASH в TRIUMF. (З дозволу: Лука Егоріті)

Дослідники з Канади охарактеризували платформу рентгенівського опромінення для радіобіологічних досліджень променевої терапії FLASH – нової методики лікування раку, яка використовує опромінення надвисокої потужності дози (UHDR). Платформа, названа FLASH Irradiation Research Station в TRIUMF, або «FIRST», може доставляти рентгенівські пучки потужністю 10 МВ з потужністю дози, що перевищує 100 Гр/с.

Розташований на лінії ARIEL за адресою ТРІУМФ, канадський центр прискорювачів частинок, FIRST наразі є єдиною платформою опромінення такого роду в Північній Америці. У всьому світі існує дві експериментальні лінії рентгенівського випромінювання мегавольтної потужності UHDR: одна в TRIUMF у Ванкувері та інша в Ченду, в Китайській академії інженерної фізики терагерцевий лазер на вільних електронах.

Мегавольтне рентгенівське випромінювання потребує скромних специфікацій прискорювача в порівнянні з іншими способами, що використовуються для лікування глибоко розташованих пухлин, кажуть дослідники, і FIRST може запропонувати як UHDR, так і звичайне опромінення мегавольтним на загальному пучку.

«Існує прогалина в доступності джерел рентгенівського випромінювання з надвисокою потужністю дози; це начебто незадоволена потреба в галузі, і немає комерційної платформи, яка б регулярно доставляла цей тип випромінювання», – пояснює Нолан Есплен, докторант в онкологічному центрі MD Anderson. «Цей багаторічний спільний проект [з TRIUMF] … був можливістю використовувати цю унікальну лабораторію з доступом до високоенергетичного надпровідного електронного лінакового ускорювача для отримання типу випромінювання, яке ми хочемо розглядати для радіобіологічних досліджень FLASH».

Есплен провів ПЕРШІ експерименти з визначення характеристик, коли був аспірантом Університет Вікторії працюючи в Лабораторія XCITE. Останнє дослідження дослідницької групи, опубліковане в Природа Наукові доповіді, представляє комплексну характеристику ПЕРШОГО та початкових доклінічних експериментів. Робота з моделювання була опублікована в 2022 році в Фізика в медицині та біології.

«Ми вже досить давно займаємось опроміненням із надвисокою потужністю дози», — каже директор лабораторії XCITE Магдалена Базалова-Картер. «Ми почали говорити з людьми в TRIUMF про лінію променя ARIEL і про те, якби ми побудували мішень для цієї лінії променя, яку потужність дози рентгенівського випромінювання ми б отримали. Так все почалося».

Перші речі FIRST

Дослідники вивчили підмножину доступних і клінічно значущих параметрів променя, щоб охарактеризувати FIRST за допомогою UHDR і звичайної роботи з потужністю дози. Вони зафіксували енергію електронного пучка на рівні 10 МеВ, щоб максимізувати потужність дози та цільову довговічність, і встановили струм пучка (піковий струм) між 95 і 105 мкА. Потужність доз розраховували за допомогою плівкової дозиметрії.

Потужність дози понад 40 Гр/с була досягнута на глибині до 4.1 см для розміру поля 1 см. У порівнянні з клінічним пучком 10 МВ, FIRST запропонував зменшене накопичення поверхневої дози. Порівняно з джерелами електронів з низькою енергією, FIRST запропонував більш поступове падіння дози понад dМакс (глибина максимальної дози). Команда зазначає, що наявність крутих поверхневих градієнтів глибини дози призвела до проблем неоднорідності доз, які наразі обмежують застосування доклінічною роботою. Обмеження стабільності джерела призвели до коливань струму та дози.

Отримавши інформацію про дослідження характеристик, дослідники потім використали FIRST для доставки UHDR (вище 80 Гр/с) і низької потужності звичайного рентгенівського опромінення в легені здорових мишей. Вони успішно ввели дози 15 і 30 Гр з точністю до 10% від призначеної на глибині 1 см. Вплив неоднорідності легеневої тканини не було скориговано (планове дослідження групи вказало на незначні збурення при енергіях пучка мегавольтності). Вихід джерела електронів і дисперсія дозиметрії плівки домінували серед невизначеностей у вимірюваннях дози перед обробкою.

Уроки, витягнуті

Фізичний простір, у якому знаходиться FIRST, спочатку був призначений – і досі служить – звалищем променів (де пучок заряджених частинок може безпечно поглинатися). Це призвело до деяких унікальних проблем з дизайном для FIRST.

«Не було підстав робити те, що ми робили, і це також була можливість розвитку для TRIUMF. Багато людей дізналися про систему, а також про нюанси цього типу доставки та те, що ми зробили добре, і що ми могли б зробити краще в майбутньому», — каже Есплен. «З огляду на те, що це об’єкт, який розбудовується, ми були першою науковою можливістю – це дуже динамічне середовище. У нас є надзвичайно талановиті співробітники та фізики пучка, які працювали над встановленням усіх оптичних параметрів ліній променів, щоб ми могли доставити до цілі мінімально дисперсійний промінь правильного розміру».

Під час експериментів дослідників лише одна фантомна пара або одна миша могли бути опромінені кожні 45 хвилин після врахування налаштування платформи, доставки та вимкнення. І після кожного коригування лінії променя та самого променя дослідники повинні були переналаштувати промінь, щоб підтвердити його вихід і дозиметрію.

«Це інша історія, ніж клінічна медична фізика. Коли ви проводите експерименти на лінійному ускорювачі в лікарні, одна людина може впоратися з усім експериментом… Це зовсім інша ситуація», — каже Базалова-Картер. «П’ятьом людям довелося запустити лінію променів [для цих експериментів], щоб контролювати всі екрани – і хоча далеко не всі вони були використані для наших експериментів, я думаю, що я нарахував 113 екранів у кімнаті керування… Було дуже цікаво, що ми може отримати дуже пристойну узгодженість доз між симуляціями та експериментами Монте-Карло, враховуючи, наскільки складними є ці експерименти».

Незважаючи на такі перешкоди, переваги платформи FIRST включають контроль над ключовими параметрами джерела, включаючи частоту повторення імпульсів, піковий струм, енергію променя та середню потужність.

«Ми були першими користувачами ARIEL beamline, — згадує Базалова-Картер. «Після багатьох років роботи над цим проектом було надзвичайно приємно мати можливість проводити експерименти з опроміненням мишей».

Попереднє радіобіологічне дослідження.

Часова мітка:

Більше від Світ фізики