Kanadalaiset tutkijat ovat luonnehtineet röntgensäteilytysalustaa FLASH-sädehoidon radiobiologisiin tutkimuksiin – nousevaan syövänhoitotekniikkaan, joka käyttää ultrakorkean annosnopeuden (UHDR) säteilytystä. Alusta, jota kutsutaan nimellä FLASH-säteilytystutkimusasema TRIUMF:ssa tai "FIRST", voi tuottaa 10 MV röntgensädettä yli 100 Gy/s:n annosnopeuksilla.
Sijaitsee ARIEL-keilalinjalla osoitteessa TRIUMF, Kanadan hiukkaskiihdytinkeskus, FIRST on tällä hetkellä ainoa laatuaan säteilytysalusta Pohjois-Amerikassa. Maailmanlaajuisesti on olemassa kaksi kokeellista UHDR-megajännitteisen röntgensädelinjaa: yksi Vancouverin TRIUMF:ssa ja toinen Chengdussa, Kiinan teknisen fysiikan akatemiassa, terahertsin vapaa elektroni laser.
Megajänniteröntgensäteet vaativat vaatimattomia kiihdytinspesifikaatioita verrattuna muihin syvälle juurtuneiden kasvainten hoitoon käytettyihin menetelmiin, tutkijat sanovat, ja FIRST voi tarjota sekä UHDR- että tavanomaista megajännitesäteilyä yhteisellä sädelinjalla.
"Ultrakorkean annoksen röntgenlähteiden saatavuudessa on aukko; se on tavallaan tyydyttämätön tarve kentällä, eikä saatavilla ole kaupallista alustaa tämän tyyppisen säteilyn rutiininomaiseen toimittamiseen", selittää. Nolan Esplen, tohtoritutkija MD Anderson Cancer Centerissä. "Tämä monivuotinen yhteistyöprojekti [TRIUMF:n kanssa] … oli tilaisuus hyödyntää tätä ainutlaatuista laboratoriota, jolla on pääsy korkeaenergiseen suprajohtavaan elektroniliinaakkaan sellaisen säteilyn tuottamiseksi, jota haluamme tarkastella FLASH-radiobiologista tutkimusta varten."
Esplen suoritti ENSIMMÄISET karakterisointikokeet, kun hän oli jatko-opiskelija Victoria-yliopisto työskentelee XCITE Lab. Tutkimusryhmän uusin tutkimus, joka julkaistiin Luonto tieteellisten kertomusten, esittää kattavan luonnehdinnan ENSIMMÄISTÄ ja ensimmäisistä prekliinisistä kokeista. Simulaatiotyö julkaistiin vuonna 2022 Fysiikka lääketieteessä ja biologiassa.
"Olemme olleet mukana ultrakorkean annoksen säteilytyksessä jo jonkin aikaa", sanoo XCITE Labin johtaja Magdalena Bazalova-Carter. "Aloimme keskustella TRIUMF:n ihmisten kanssa ARIEL-keilalinjasta ja siitä, kuinka jos rakentaisimme kohteen tälle sädelinjalle, millaisia röntgenannosnopeuksia saisimme. Siitä se kaikki alkoi.”
FIRSTIN ensimmäiset
Tutkijat tutkivat osajoukkoa saatavilla olevista ja kliinisesti merkityksellisistä sädeparametreista karakterisoidakseen FIRST:n UHDR:ssä ja tavanomaisessa annosnopeustoiminnassa. He kiinnittivät elektronisäteen energian 10 MeV:iin annosnopeuksien maksimoimiseksi ja pitkäikäisyyden saavuttamiseksi ja asettivat säteen virran (huippuvirran) välille 95-105 µA. Annosnopeudet laskettiin käyttämällä filmin dosimetriaa.
Yli 40 Gy/s:n annosnopeudet saavutettiin jopa 4.1 cm:n syvyydessä 1 cm:n kentän koolla. Verrattuna kliiniseen 10 MV:n säteeseen FIRST tarjosi pienemmän pinnallisen annoksen kertymisen. Matalaenergiaisiin elektronilähteisiin verrattuna FIRST tarjosi asteittaisemman annoksen pudotuksen arvon d jälkeenmax (maksimiannoksen syvyys). Ryhmä toteaa, että jyrkät pinnalliset syvyys-annosgradientit johtivat annoksen heterogeenisuusongelmiin, jotka tällä hetkellä rajoittavat sovellukset prekliiniseen työhön. Lähteen stabiilisuuden rajoitukset johtivat vaihteluihin virrassa ja annoksessa.
Karakterisointitutkimusten perusteella tutkijat käyttivät FIRSTIä UHDR:n (yli 80 Gy/s) ja pieniannoksisen tavanomaisen röntgensäteilyn toimittamiseen terveiden hiirten keuhkoihin. He toimittivat onnistuneesti 15 ja 30 Gy:n annokset 10 %:n sisällä reseptistä 1 cm:n syvyydessä. Keuhkokudoksen epähomogeenisuuksien vaikutuksia ei korjattu (ryhmän suunnittelututkimus osoitti mitättömät häiriöt megajännitesäteen energioissa). Elektronilähteen ulostulo ja filmin dosimetrian varianssi hallitsevat käsittelyä edeltävien annosmittausten epävarmuutta.
Saadut kokemukset
Fyysinen tila, jossa FIRST sijaitsee, oli alun perin tarkoitettu – ja toimii edelleen – säteen kaatopaikaksi (johon varautuneiden hiukkasten säde voidaan turvallisesti absorboida). Tämä johti FIRSTille ainutlaatuisiin suunnitteluhaasteisiin.
”Ei ollut perusteita tehdä sitä, mitä teimme, ja se oli myös kehitysmahdollisuus TRIUMF:lle. Monet ihmiset oppivat järjestelmästä, tämän tyyppisen toimituksen vivahteet ja asiat, jotka onnistuimme hyvin ja mitä voisimme tehdä paremmin tulevaisuudessa”, Esplen sanoo. ”Se, että tätä laitosta kehitetään, olimme ensimmäinen tieteellinen mahdollisuus – se on erittäin dynaaminen ympäristö. Meillä on äärimmäisen lahjakkaita yhteistyökumppaneita ja sädefyysikoita, jotka työskentelivät sädelinjojen kaikkien optisten parametrien asettamiseksi niin, että pystyisimme toimittamaan oikeankokoisen, minimaalisesti hajaantuvan säteen kohteeseen.
Tutkijoiden kokeiden aikaan vain yksi haamupari tai yksi hiiri voitiin säteilyttää 45 minuutin välein alustan asennuksen, toimituksen ja sammutuksen jälkeen. Ja jokaisen säteen linjaan ja itse säteeseen tehdyn säädön jälkeen tutkijoiden oli viritettävä säde uudelleen varmistaakseen sen tehon ja dosimetrian.
Voivatko perinteiset röntgenputket tuottaa FLASH-annosnopeuksia?
”Se on eri tarina kuin kliininen lääketieteellinen fysiikka. Kun suoritat kokeita linacilla sairaalassa, yksi henkilö voi hoitaa koko kokeen… Tämä on hyvin erilainen tilanne”, Bazalova-Carter sanoo. "Viiden ihmisen täytyi ajaa sädelinjaa [näitä kokeita varten] valvoakseen kaikkia näyttöjä – ja vaikka kaikkia niitä ei käytetty kokeissamme, luulisin laskeneeni 113 näyttöä valvomossa… Oli melko mielenkiintoista, että me voisi saada erittäin kunnollisen annossopimuksen Monte Carlo -simulaatioiden ja kokeiden välillä, kun otetaan huomioon, kuinka haastavia nämä kokeet ovat."
Tällaisista esteistä huolimatta FIRST-alustan etuja ovat tärkeimpien lähdeparametrien hallinta, mukaan lukien pulssin toistotaajuus, huippuvirta, säteen energia ja keskimääräinen teho.
"Olimme ARIEL-keilan ensimmäinen käyttäjä", Bazalova-Carter pohtii. "Oli erittäin tyydyttävää monen vuoden työskentelyn jälkeen tämän projektin parissa, että pystyin todella suorittamaan säteilytyskokeita hiirellä."
Radiobiologinen seurantatutkimus on tulossa.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/
