Vật lý hạt đưa ra những quan điểm mới về liệu pháp proton FLASH – Thế Giới Vật Lý

<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="Hướng tới FLASH hướng dẫn bằng hình ảnh Máy quét PET do Karol Lang và các đồng nghiệp của ông phát triển có thể hình dung và đo lường tác động của liệu pháp proton trong khi chùm tia được truyền đi. (Được phép: Marek Proga, Đại học Texas ở Austin)”>

Những công nghệ đột phá ban đầu được tạo ra cho những thí nghiệm đầy tham vọng nhất trong vật lý hạt thường gây ra những đổi mới trong điều trị và chẩn đoán y tế. Những tiến bộ trong máy gia tốc và kỹ thuật chùm tia đã hỗ trợ phát triển các chiến lược điều trị ung thư hiệu quả cao, trong khi các máy dò được thiết kế để thu giữ những hạt khó nắm bắt nhất đã đưa ra những cách mới để quan sát hoạt động bên trong cơ thể con người.

Trong một bước phát triển gần đây, một nhóm nghiên cứu có trụ sở tại Hoa Kỳ do Karol Lang, một nhà vật lý hạt thực nghiệm tại Đại học Texas ở Austin dẫn đầu, đã lần đầu tiên đạt được hình ảnh thời gian thực về tác dụng của liệu pháp proton FLASH trước, trong và sau khi truyền chùm tia. Các phương pháp điều trị FLASH mới nổi này cung cấp liều cực cao trong khoảng thời gian cực ngắn, có thể tiêu diệt tế bào ung thư một cách hiệu quả đồng thời ít gây tổn hại hơn cho các mô khỏe mạnh. Phương pháp điều trị FLASH yêu cầu ít chiếu xạ hơn trong chu kỳ điều trị ngắn hơn, điều này sẽ cho phép nhiều bệnh nhân được hưởng lợi từ liệu pháp proton và giảm đáng kể nguy cơ tác dụng phụ liên quan đến bức xạ.

Nhóm nghiên cứu, bao gồm cả các nhà vật lý y tế tại Trung tâm Trị liệu Proton MD Anderson ở Houston, đã tạo ra các hình ảnh bằng cách sử dụng máy quét được thiết kế chuyên dụng để chụp cắt lớp phát xạ positron (PET), một kỹ thuật xuất hiện từ các thí nghiệm tiên phong tại CERN vào những năm 1970 . Sử dụng năm bóng ma khác nhau đóng vai trò thay thế cho bệnh nhân, nhóm nghiên cứu đã khai thác thiết bị PET tùy chỉnh của họ để ghi lại cả sự khởi phát nhanh chóng của chùm proton và tác động của nó lên đến 20 phút sau khi chiếu xạ.

Lang giải thích: “Sự chiếu xạ bằng proton tạo ra các đồng vị tồn tại trong thời gian ngắn trong cơ thể mà trong nhiều trường hợp là chất phát positron”. “Với liệu pháp proton FLASH, chùm tia tạo ra cường độ positron cao hơn, giúp tăng cường độ tín hiệu. Ngay cả với dãy máy dò PET nhỏ, chúng tôi vẫn có thể tạo ra hình ảnh và đo lường cả độ phong phú của các đồng vị cũng như sự tiến hóa của chúng theo thời gian.”

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/detector-web.jpg" data-caption="Nhỏ nhưng mạnh mẽ Các dãy máy dò được sử dụng trong máy quét PET tương đối nhỏ, nhưng cường độ của chùm FLASH giúp tạo ra hình ảnh và đo lường độ phong phú của các đồng vị. (Được phép: Marek Proga, Đại học Texas ở Austin)” title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://phycsworld.com/wp-content/uploads/2024/01/Detector-web.jpg” >

Các phép đo được ghi lại trong các thí nghiệm chứng minh nguyên lý này cho thấy rằng máy quét PET trong chùm tia có thể cung cấp hình ảnh và đo liều theo thời gian thực cho các phương pháp điều trị bằng liệu pháp proton. Đội nghiên cứu thậm chí còn có thể xác định cường độ của chùm proton bằng cách phát hiện các gamma tức thời – được đặt tên như vậy vì chúng được tạo ra bởi sự phân rã của hạt nhân trong những khoảng thời gian rất ngắn – được tạo ra trong quá trình tách chùm proton. Chỉ với một sửa đổi nhỏ của thiết bị, Lang tin rằng có thể đo được các gamma tức thời để thu được ảnh chụp nhanh của chùm proton, sau đó sử dụng PET để theo dõi sự tiến hóa của các đồng vị sau khi chùm tia được truyền đi.

Ông nói: “Những kết quả này cho thấy rằng vấn đề chỉ là cải thiện việc thiết lập thử nghiệm cho kỹ thuật này để cung cấp các phép đo hữu ích trong bối cảnh lâm sàng”. “Tất nhiên, chúng tôi biết vẫn cần phải thực hiện nhiều thử nghiệm tiền lâm sàng, nhưng ở giai đoạn này rõ ràng là chưa có biện pháp ngăn chặn nào cho kỹ thuật này.”

Lang và các đồng nghiệp của ông mô tả cách tiếp cận và kết quả của họ trong hai bài báo đăng trên tạp chí Vật lý trong Y học & Sinh học (PMB), cả hai đều được truy cập miễn phí. Các nhà nghiên cứu cũng được hưởng lợi từ một mô hình xuất bản mới nổi, được gọi là thỏa thuận chuyển đổi, cho phép họ xuất bản cả hai bài báo truy cập mở mà không cần phải trả phí xuất bản bài báo thông thường.

Theo cái gọi là thỏa thuận chuyển đổi này, trong trường hợp này là giữa IOP Publishing và Hệ thống Đại học Texas, các nhà nghiên cứu ở bất kỳ tổ chức nào trong nhóm học thuật đều có thể truy cập miễn phí nội dung nghiên cứu và xuất bản tác phẩm của riêng họ. Thật vậy, Nhà xuất bản IOP – nhà xuất bản PMB thay mặt cho Viện Vật lý và Kỹ thuật Y học – hiện nay có thỏa thuận chuyển đổi tại chỗ với hơn 900 tổ chức ở 33 quốc gia khác nhau, cung cấp quyền truy cập và xuất bản miễn phí trên hầu hết nếu không phải tất cả danh mục tạp chí khoa học của mình.

Mục đích của các thỏa thuận đọc và xuất bản này là để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang xuất bản truy cập mở, vì nó tránh được nhu cầu các nhà nghiên cứu phải tự tìm nguồn tài trợ cho phí xuất bản. Đối với Lang, bất kỳ động thái nào mở ra khoa học và cho phép các cộng đồng khác nhau cộng tác sẽ giúp khơi dậy những ý tưởng mới từ các ngành khác nhằm thúc đẩy sự đổi mới trong tương lai. “Nếu tôi gặp một bài báo thú vị mà tôi không thể truy cập, đặc biệt nếu nó thuộc lĩnh vực khác, thì tôi đang thiếu một số thông tin có thể giúp ích cho công việc của mình,” anh nói. “Thông tin mở và miễn phí là điều cần thiết để chúng ta đạt được tiến bộ.”

Từ kinh nghiệm của chính mình về vật lý hạt, Lang đã nhìn thấy những lợi ích có thể có được từ văn hóa nghiên cứu hợp tác và cởi mở. “Trong vật lý hạt, mọi người đều chia sẻ những suy nghĩ và thành tựu tốt nhất của mình và mọi người muốn tham gia vào việc tìm ra những cách khác nhau để phát triển và khai thác những ý tưởng mới,” ông nói. “Nếu không có tư duy hợp tác đó thì những đột phá mà chúng tôi chứng kiến ​​ở CERN, Fermilab và những nơi khác sẽ không thể xảy ra.”

<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="Thiết kế tư vấn Karol Lang (giữa) cùng kỹ sư Marek Proga (trái) và nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ John Cesar và máy quét PET chuyên dụng do nhóm phát triển. Cấu hình của máy quét cung cấp các phép đo trong chùm tia trong khi bệnh nhân đang được điều trị. (Được phép: Michael Gajda, Đại học Texas ở Austin)” title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/particle-phycs-offers- quan điểm mới trên flash-proton-liệu pháp-vật lý-thế giới-9.jpg”>

Tuy nhiên, rõ ràng Lang cảm thấy thất vọng khi một số người trong cộng đồng y tế dường như ít cởi mở hơn với những ý tưởng mới, đặc biệt là từ một nhà vật lý chưa có kinh nghiệm lâm sàng trước đó. Ông nói: “Chúng tôi biết rằng nhiều công nghệ tốt nhất trong vật lý y tế và hình ảnh hạt nhân đến từ những tiến bộ trong vật lý hạt và hạt nhân, nhưng thật khó để đưa những ý tưởng mới nhất vào y học”. “Bây giờ tôi đã hiểu rõ hơn lý do tại sao – việc thay đổi các quy trình y tế đã được thử và tin cậy cũng như các phác đồ điều trị chính thức phức tạp hơn nhiều so với việc chỉ đổi một máy dò tốt hơn – nhưng tôi vẫn thất vọng vì việc thâm nhập và tham gia vào lĩnh vực này rất khó khăn. trong hợp tác nghiên cứu.”

Mặc dù Lang đã cố gắng chế tạo máy dò y tế trước đây nhưng anh thừa nhận rằng anh và các nhà vật lý hạt khác có thể phạm tội ngây thơ hoặc thậm chí kiêu ngạo khi đưa các công nghệ mới vào môi trường bệnh viện được kiểm soát chặt chẽ. Tuy nhiên, đối với công việc mới này, một nhóm các nhà vật lý y tế đã yêu cầu ông đứng đầu một dự án nghiên cứu đòi hỏi chuyên môn của ông trong việc chế tạo máy dò hạt. “Tôi vẫn đang tiếp tục nghiên cứu về vật lý neutrino, nhưng tôi tin rằng những gì chúng tôi có thể mang lại là độc đáo và đáng giá đến mức tôi muốn tham gia,” Lang nói. “Khi tìm hiểu thêm, tôi càng tò mò hơn và thực sự bị cuốn hút vào ý tưởng về phương pháp điều trị FLASH.”

Mặc dù cần nhiều công việc hơn để tối ưu hóa kỹ thuật tạo ảnh trong chùm tia cho ứng dụng lâm sàng, nhưng Lang tin rằng trước mắt nó có thể mang lại một công cụ nghiên cứu có giá trị giúp hiểu rõ hơn về hiệu ứng FLASH. “Không ai thực sự biết tại sao FLASH hoạt động hoặc chính xác nên sử dụng thông số chùm tia nào để đạt được kết quả tốt nhất,” ông nói. “Điều đó gợi ý cho tôi khá sâu sắc rằng chúng ta chưa hiểu đầy đủ về cách bức xạ tương tác với mô khỏe mạnh hoặc mô ung thư.”

Lang lập luận rằng với công cụ mới này, có thể khám phá các cơ chế vật lý đang diễn ra trong quá trình điều trị FLASH. Ông nói: “Kỹ thuật này có thể giúp chúng ta hiểu cơ thể con người phản ứng như thế nào sau khi được chiếu xạ với những đợt bùng nổ năng lượng mãnh liệt như vậy”. “Nó đưa ra một cách để khám phá những tác động phụ thuộc vào thời gian của sự chiếu xạ, điều mà đối với tôi dường như chưa được thực hiện một cách có hệ thống trước đây”.

Tuy nhiên, về lâu dài, mục đích là tạo ra một phương thức điều trị được hướng dẫn bằng hình ảnh để đo lường tác động của từng lần chiếu xạ nhằm cung cấp thông tin và cập nhật các phương pháp điều trị tiếp theo. Những cách tiếp cận thích ứng như vậy là không thực tế với các phác đồ điều trị thông thường, trong đó liều nhỏ hơn được cung cấp trong khoảng 30 buổi hàng ngày, nhưng có thể khả thi hơn với các phương pháp điều trị FLASH có thể chỉ cần một vài liều để cung cấp đủ năng lượng để loại bỏ ung thư.

Lang cho biết: “Việc kiểm tra tác động của từng lần chiếu xạ sẽ làm thay đổi hoàn toàn động lực, hậu cần và kết quả của việc điều trị”. “Kết hợp với sự hiểu biết tốt hơn về sự tương tác giữa các proton năng lượng và cơ thể con người, các giao thức FLASH thích ứng như vậy có thể có tác động mang tính cách mạng đến kết quả của bệnh nhân.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/particle-physics-offers-new-views-on-flash-proton-therapy/