Фізика елементарних частинок пропонує нові погляди на протонну терапію 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="До FLASH із керуванням зображенням ПЕТ-сканер, розроблений Каролом Лангом та його колегами, може візуалізувати та вимірювати ефекти протонної терапії під час доставки променя. (З дозволу: Марек Прога, Техаський університет в Остіні)”>

Проривні технології, спочатку створені для найамбітніших експериментів у фізиці елементарних частинок, часто спричиняли інновації в медичному лікуванні та діагностиці. Удосконалення прискорювачів і технології променевої лінії допомогли розробити високоефективні стратегії лікування раку, а детектори, розроблені для захоплення найбільш невловимих частинок, запропонували нові способи спостереження за внутрішньою роботою людського тіла.

В одному з останніх розробок американська дослідницька група під керівництвом Карол Ленг, фізика-експериментатора елементарних частинок з Техаського університету в Остіні, вперше досягла зображення ефектів протонної терапії FLASH у реальному часі до, під час і після доставки пучка. Ці нові методи лікування FLASH вводять надвисокі дози протягом надзвичайно короткого періоду часу, що може ефективно знищити ракові клітини, завдаючи менше шкоди здоровій тканині. Лікування FLASH потребує меншої кількості опромінення протягом коротших циклів лікування, що дозволить більшій кількості пацієнтів отримати користь від протонної терапії та значно знизити ризик побічних ефектів, пов’язаних з радіацією.

Дослідницька група, до складу якої також входять медичні фізики з Центру протонної терапії MD Anderson у Х’юстоні, створила зображення за допомогою спеціально розробленого сканера для позитронно-емісійної томографії (ПЕТ), методики, яка сама виникла в результаті піонерських експериментів у CERN у 1970-х роках. . Використовуючи п’ять різних фантомів, які діють як сурогати пацієнта-людини, команда використала свій налаштований ПЕТ-інструмент, щоб відобразити як швидкий початок пучка протонів, так і його вплив протягом 20 хвилин після опромінення.

«Опромінення протонами виробляє в організмі короткоживучі ізотопи, які в багатьох випадках є емітерами позитронів», — пояснює Ленг. «За допомогою протонної терапії FLASH промінь генерує вищу інтенсивність позитронів, що підвищує силу сигналу. Навіть з невеликими масивами ПЕТ-детекторів ми змогли отримати зображення та виміряти як велику кількість ізотопів, так і їх еволюцію з часом».

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Маленький, але потужний The detector arrays used in the PET scanner are relatively small, but the intensity of the FLASH beam makes it possible to produce images and measure the abundances of the isotopes. (Courtesy: Marek Proga, University of Texas at Austin)” title=”Click to open image in popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg”>

Вимірювання, зареєстровані під час цих експериментів з підтвердженням принципу, свідчать про те, що вбудований ПЕТ-сканер може забезпечувати зображення та дозиметрію в режимі реального часу для лікування протонною терапією. Команда навіть змогла визначити інтенсивність пучка протонів, виявивши миттєві гамма-випромінювання, названі так тому, що вони утворюються в результаті розпаду ядер протягом дуже короткого періоду часу, які утворюються під час виділення пучка протонів. За допомогою лише невеликої модифікації апарату, Ленг вважає, що миттєві гамма-випромінювання можна виміряти, щоб отримати знімок пучка протонів, а потім використовувати ПЕТ для спостереження за еволюцією ізотопів після того, як пучок буде доставлено.

«Ці результати показують, що це лише питання вдосконалення експериментальної установки для техніки, щоб забезпечити корисні вимірювання в клінічних умовах», — говорить він. «Звичайно, ми знаємо, що ще потрібно буде провести багато доклінічних випробувань, але на цьому етапі зрозуміло, що для цієї техніки немає жодних перешкод».

Ленг і його колеги описують свій підхід і результати в двох статтях, опублікованих в Фізика в медицині та біології (PMB), обидва з яких є безкоштовними. Дослідники також отримали вигоду від нової моделі публікації, яка називається трансформаційною угодою, яка дозволяла їм публікувати обидві статті у відкритому доступі без необхідності сплачувати звичайну плату за публікацію статей.

Згідно з цими так званими трансформаційними угодами, у цьому випадку між IOP Publishing і University of Texas System, дослідники з будь-якої установи в рамках академічної групи можуть як отримати доступ до дослідницького контенту, так і публікувати власні роботи безкоштовно. Дійсно, видавництво IOP, яке публікує PMB від імені Інституту фізики та техніки в медицині, тепер має трансформаційні угоди з більш ніж 900 установами в 33 різних країнах, що забезпечує вільний доступ і публікації в більшості, якщо не в усіх, портфоліо наукових журналів.

Метою цих угод про читання та публікацію є прискорення переходу до публікації з відкритим доступом, оскільки це дозволяє уникнути необхідності для дослідників самостійно отримувати кошти для оплати публікації. Для Ленга будь-який крок, який відкриває науку та дає можливість різним спільнотам співпрацювати, допоможе запустити нові ідеї з інших дисциплін, які будуть стимулом для майбутніх інновацій. «Якщо я натрапляю на цікаву статтю, до якої я не можу отримати доступ, особливо якщо вона стосується іншої галузі, я пропускаю деяку інформацію, яка могла б допомогти мені в моїй роботі», — каже він. «Відкрита та безкоштовна інформація має важливе значення для досягнення прогресу».

Зі свого власного досвіду у фізиці елементарних частинок Ленг побачив переваги відкритої та спільної дослідницької культури. «У фізиці елементарних частинок кожен ділиться своїми найкращими думками та досягненнями, і люди хочуть брати участь у пошуку різних шляхів розвитку та використання нових ідей», — каже він. «Без такого мислення про співпрацю просто не відбулися б прориви, які ми бачили в CERN, Fermilab та інших місцях».

<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="Власний дизайн Карол Ленг (у центрі) з інженером Мареком Прогою (ліворуч) і постдоктором Джоном Сезаром і спеціально створеним ПЕТ-сканером, розробленим командою. Конфігурація сканера забезпечує вимірювання в промені під час лікування пацієнта. (З дозволу: Майкл Гайда, Техаський університет в Остіні)” title=”Натисніть, щоб відкрити зображення у спливаючому вікні” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-physics-offers- new-views-on-flash-proton-therapy-physics-world-9.jpg”>

Однак очевидно, що Ленг засмучений тим, що деякі люди в медичному співтоваристві виявляються менш відкритими до нових ідей, особливо від фізика, який не має попереднього клінічного досвіду. «Ми знаємо, що багато найкращих технологій у медичній фізиці та ядерній візуалізації походять із досягнень у фізиці елементарних частинок та ядерній фізиці, але важко впровадити новітні ідеї в медицину», — каже він. «Тепер я краще розумію, чому це так – змінити перевірені медичні процедури та офіційні протоколи лікування набагато складніше, ніж просто замінити кращий детектор, – але я все одно розчарований тим, наскільки важко проникнути в цей сектор і залучити у спільних дослідженнях».

Хоча Ленг і раніше намагався створити медичні детектори, він визнає, що він та інші фізики елементарних частинок можуть бути винними в наївності або навіть зарозумілості, коли справа доходить до впровадження нових технологій у жорстко контрольоване лікарняне середовище. Однак для цієї нової роботи група медичних фізиків попросила його взяти на себе керівництво дослідницьким проектом, який вимагав його досвіду в створенні детекторів частинок. «Я все ще продовжую свої дослідження в галузі фізики нейтрино, але я вважаю, що те, що ми можемо запропонувати, настільки унікальне і варте уваги, що я хотів взяти участь», — говорить Ленг. «У міру того, як я дізнавався більше, я став більше заінтригований і по-справжньому захопився ідеєю лікування FLASH».

Хоча для оптимізації техніки візуалізації в промені для клінічного використання знадобиться додаткова робота, Ленг вважає, що в короткостроковій перспективі вона може запропонувати цінний дослідницький інструмент, який допоможе зрозуміти ефект FLASH. «Ніхто насправді не знає, чому працює FLASH або які саме параметри променя слід використовувати для досягнення найкращих результатів», — каже він. «Це наводить на думку про те, що ми не до кінця розуміємо, як радіація взаємодіє зі здоровою або раковою тканиною».

За допомогою цього нового інструменту, стверджує Ленг, можна було б досліджувати фізичні механізми, що діють під час лікування FLASH. «Ця техніка може допомогти нам зрозуміти, як людське тіло реагує після опромінення такими інтенсивними спалахами енергії», — говорить він. «Це пропонує спосіб дослідження залежних від часу ефектів опромінення, що, як мені здається, раніше не робилося систематично».

Однак у довгостроковій перспективі мета полягає в тому, щоб створити спосіб лікування з наведенням зображення, який би вимірював ефекти кожного опромінення для інформування та оновлення наступних методів лікування. Такі адаптивні підходи є непрактичними для звичайних протоколів лікування, в яких менші дози доставляються протягом приблизно 30 щоденних сеансів, але можуть бути більш життєздатними з лікуванням FLASH, для якого може знадобитися лише кілька доз, щоб доставити достатньо енергії для ліквідації раку.

«Перевірка ефектів кожного опромінення повністю змінила б динаміку, логістику та результати лікування», — каже Ленг. «У поєднанні з кращим розумінням взаємодії між енергетичними протонами та людським тілом такі адаптивні протоколи FLASH можуть мати революційний вплив на результати пацієнтів».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/