紧凑型直线加速器生成用于临床 FLASH 放射治疗的超高剂量率 X 射线

使用超高剂量率 (UHDR) 辐射束进行的 FLASH 放射疗法可以显着降低正常组织的毒性，同时保持抗肿瘤功效。 证明这种 FLASH 效应的临床前研究主要使用电子和质子，因为通过调整现有的医学加速器可以相对容易地产生 UHDR 光束。 但要将 FLASH 转化为患者使用，常规临床放射治疗中常用的高能（兆伏）X 射线可以提供更优化的方法。

考虑到这一点，一个研究小组领导了 清华大学 在中国，正在开发基于室温射频直线加速器 (linac) 的 FLASH 放射治疗平台——由于其紧凑的尺寸和低成本而广泛用于医疗应用。 他们证明了他们的系统，描述于 医学物理学，可以在临床相关设置中产生剂量率超过 40 Gy/s 的高能 X 射线束。

“在 FLASH 放射治疗中使用 X 射线的潜在优势是机器的紧凑性和治疗的高成本效益，”研究员 Hao Zha 告诉 物理世界. “我们的加速器长度只有1.65米，所以实验可以安装在一个小房间里。”

加速器优化

高能临床 X 射线放射治疗系统通常基于室温 RF 直线加速器，可将电子束加速到 MeV 水平。 然后，这些电子照射目标，通过轫致辐射效应将它们转化为高能 X 射线。 可达到的 X 射线剂量率取决于入射电子束的能量和电流。

然而，FLASH 放射疗法需要比传统系统高 2-3 个数量级的剂量率。 在这项研究中，该团队通过将平均束电流从几十微安增加到几毫安来实现这一目标。

Zha 及其同事通过优化 S 波段后向行波电子直线加速器开发了 UHDR 高能 X 射线辐射平台。 他们设计了一个 1.65 米长的加速器，使用基于速调管的电源产生 11 MeV 电子束，脉冲电流为 300 mA，脉冲长度为 12.5 µs，平均束功率为 29 kW。

下一个障碍是这种高平均功率的电子束会在电子-光子转换目标中沉积大量热量。 为了帮助减轻这种加热，该团队将电子束发送到一个 1.8 米长的漂移管中，该漂移管将横向光束尺寸从 5.1 毫米增加到 10.6 毫米，从而降低了目标处的功率密度和脉冲加热。

转换目标的性能取决于光束线中钨和铜的厚度，该转换目标包括一个钨圆盘作为被铜包围以实现水冷的功能区域。 因此，研究人员使用蒙特卡罗和热有限元分析模拟来优化材料厚度。

对 1.4-4 毫米的钨和 1.5-3 毫米的铜进行建模表明，X 射线剂量率随着这两种材料厚度的增加而降低。 为了在保持安全冷却的同时最大限度地提高 X 射线转换效率，他们创建了一个包含 3 毫米钨和 2 毫米铜的靶材。 在模拟中，这种组合可以在源表面距离 (SSD) 为 1.66 cm 时产生平均能量为 40.2 MeV 和剂量率为 70 Gy/s 的脉冲 X 射线。

直线加速器剂量计

为评估其室温直线加速器的性能，研究人员使用 EBT3 和 EBT-XD 放射变色胶片进行绝对剂量测量。 他们将胶片放置在距离 X 射线靶 50 或 67.9 厘米的水体模型中，深度为 2.1 厘米。 最大平均剂量率在 80 cm SSD 时超过 50 Gy/s，在 45 cm SSD 时超过 67.9 Gy/s，两种胶片类型之间具有良好的一致性。

研究人员还在 100 cm SSD 处使用了一个 PTW Farmer 型电离室来测量每次辐射射击的相对总剂量，并在胶片下方放置一个平面平行的电离室来测量每个脉冲的相对剂量。 在 49.2 cm SSD 处的平均稳态剂量率（用胶片结果校准）为 67.9 Gy/s。 脉冲和束剂量率分别为 5.62 和 59.0 kGy/s。

该团队还使用平面平行探测器来测试系统稳定性。 20 次连续辐射照射的标准偏差为总剂量的 1.3%。 通过改变辐照控制策略，研究人员将这种剂量稳定性提高到 0.3%。 在 3.9 次辐射照射（每天 70 次，连续 10 天）中，日常稳定性的标准偏差较差，为 XNUMX%——这归因于每天的温度变化。

研究人员指出，直线加速器系统可以在不对平台设置进行任何更改的情况下产生 UHDR 和常规辐照。 可以通过改变脉冲重复率（从 1 到 700 Hz）和脉冲长度（从 6.3 到 12.5 µs）来调整平均剂量率。 此外，平均剂量率和脉冲剂量率都可以通过改变平台的SSD来调整。

适用于电子闪光剂量测定的高能物理装置

他们建议，在未来的实施中，静态转换目标可以替换为旋转设计。 这将有助于减轻冷却系统的负担并消除对扩束漂移管的需求，从而进一步提高系统的紧凑性和简单性。

研究人员总结道：“这些结果对未来将基于室温直线加速器的 X 射线 FLASH 放射疗法引入临床应用的工作令人鼓舞。” “由于它具有成本低廉、系统简单和适用于大多数医院治疗室的紧凑性等优点，因此建议室温直线加速器系统成为具有竞争力的 FLASH 放射治疗解决方案，具有相当大的吸引力。”

• SEO 支持的内容和 PR 分发。 今天得到放大。
• 柏拉图区块链。 Web3 元宇宙智能。 知识放大。 访问这里。
• Sumber: https://physicsworld.com/a/compact-linac-generates-ultrahigh-dose-rate-x-rays-for-clinical-flash-radiotherapy/