캐나다의 연구자들은 초고선량률(UHDR) 방사선을 사용하는 새로운 암 치료 기술인 FLASH 방사선 치료의 방사선생물학적 연구를 위한 X선 조사 플랫폼을 특성화했습니다. TRIUMF의 FLASH Irradiation Research Station 또는 "FIRST"라고 불리는 이 플랫폼은 10Gy/s를 초과하는 선량률로 100MV X선 빔을 전달할 수 있습니다.
ARIEL 빔라인에 위치 승리캐나다의 입자 가속기 센터인 FIRST는 현재 북미 지역에서 유일한 방사선 조사 플랫폼입니다. 전 세계적으로 두 개의 실험적인 UHDR 메가전압 X선 빔라인이 있습니다. 하나는 밴쿠버의 TRIUMF에 있고 다른 하나는 청두의 중국 공학 물리학 아카데미 테라헤르츠 자유 전자 레이저에 있습니다.
연구원들은 메가전압 엑스레이가 심부 종양을 치료하는 데 사용되는 다른 방식과 비교할 때 보통 수준의 가속기 사양을 요구하며 FIRST는 공통 빔라인에서 UHDR과 기존의 메가전압 조사를 모두 제공할 수 있다고 말합니다.
“초고선량 X선 소스의 가용성에는 격차가 있습니다. 이는 현장에서 충족되지 않은 요구 사항이며 이러한 유형의 방사선을 정기적으로 제공할 수 있는 상용 플랫폼이 없습니다.”라고 설명합니다. 놀란 에스플렌, MD 앤더슨 암 센터의 박사후 연구원. "[TRIUMF와 함께한] 다년간의 공동 프로젝트는 고에너지 초전도 전자 선형 가속기에 접근할 수 있는 이 독특한 실험실을 활용하여 FLASH 방사선 생물학 연구에서 보고 싶은 유형의 방사선을 생성할 수 있는 기회였습니다."
Esplen은 대학원생이었을 때 FIRST 특성화 실험을 수행했습니다. 빅토리아 대학교 에서 근무 XCITE 연구소. 연구팀의 최신 연구는 다음과 같이 발표되었습니다. 자연 과학 보고서, FIRST 및 초기 전임상 실험의 포괄적인 특성을 제시합니다. 시뮬레이션 작업은 2022년에 출판되었습니다. 의학 및 생물학 물리학.
XCITE 연구소 소장은 "우리는 꽤 오랫동안 초고선량 방사선 조사에 참여해 왔습니다"라고 말합니다. 막달레나 바잘로바-카터. “우리는 ARIEL 빔라인과 이 빔라인에 대한 목표를 구축할 경우 어떤 종류의 X선 선량률을 얻게 되는지에 대해 TRUMF 직원과 이야기하기 시작했습니다. 그것이 모든 일이 시작된 방법입니다.”
FIRST의 첫 번째
연구진은 UHDR 및 기존 선량률 작동에서 FIRST를 특성화하기 위해 사용 가능하고 임상적으로 관련된 빔 매개변수의 하위 집합을 탐색했습니다. 그들은 선량률과 목표 수명을 최대화하기 위해 전자빔 에너지를 10MeV로 고정하고 빔 전류(피크 전류)를 95~105μA 사이로 설정했습니다. 선량률은 필름 선량계를 사용하여 계산되었습니다.
40 Gy/s 이상의 선량률은 4.1cm 조사야 크기에 대해 최대 1cm 깊이에서 달성되었습니다. 임상 10MV 빔과 비교하여 FIRST는 표면 선량 축적이 감소했습니다. 저에너지 전자 소스에 비해 FIRST는 d 이상으로 보다 점진적인 선량 감소를 제공했습니다.최대 (최대 복용량의 깊이). 팀은 가파른 표면 깊이-선량 구배의 존재로 인해 현재 적용을 전임상 작업으로 제한하는 용량 이질성 문제가 발생했다고 지적합니다. 소스 안정성 제한으로 인해 전류 및 선량의 변화가 발생했습니다.
특성화 연구를 통해 연구원들은 FIRST를 사용하여 건강한 쥐의 폐에 UHDR(80 Gy/s 이상)과 저선량 속도의 기존 X선 조사를 전달했습니다. 그들은 15cm 깊이에서 처방량의 30% 이내로 10Gy와 1Gy의 선량을 성공적으로 전달했습니다. 폐 조직 불균일성의 영향은 수정되지 않았습니다(그룹의 설계 연구에서는 메가전압 빔 에너지에서 무시할 수 있는 교란을 지적했습니다). 전자 소스 출력과 필름 선량 측정 변동이 치료 전 선량 측정의 불확실성을 지배했습니다.
교훈
FIRST가 위치한 물리적 공간은 원래 목적이었으며 여전히 빔 덤프(하전 입자 빔이 안전하게 흡수될 수 있는 곳) 역할을 하고 있습니다. 이로 인해 FIRST에는 몇 가지 독특한 디자인 문제가 발생했습니다.
“우리가 하던 일을 할 근거가 없었고, TRIUMF에게도 발전의 기회였습니다. 많은 사람들이 시스템뿐만 아니라 이러한 유형의 전달에 대한 미묘한 차이와 우리가 잘한 일, 그리고 앞으로 더 잘할 수 있는 일에 대해 배웠습니다.”라고 Esplen은 말합니다. “이 시설이 개발되고 있다는 사실로 인해 우리는 첫 번째 과학 기회를 얻었습니다. 매우 역동적인 환경입니다. 우리는 목표물에 정확한 크기의 최소 분산 빔을 전달할 수 있도록 빔라인의 모든 광학 매개변수를 설정하는 데 일한 매우 재능 있는 공동 작업자와 빔 물리학자를 보유하고 있습니다.”
연구진의 실험 당시 플랫폼 설정, 전달 및 종료를 고려한 후 45분마다 하나의 팬텀 쌍 또는 단일 마우스만 조사할 수 있었습니다. 그리고 빔라인과 빔 자체를 조정할 때마다 연구자들은 빔의 출력과 선량 측정을 확인하기 위해 빔을 다시 조정해야 했습니다.
기존 X선관이 FLASH 선량률을 제공할 수 있습니까?
“임상 의학 물리학과는 다른 이야기입니다. 병원의 선형 장치에 대한 실험을 실행하면 한 사람이 전체 실험을 처리할 수 있습니다. 이것은 매우 다른 상황입니다.”라고 Bazalova-Carter는 말합니다. "113명의 사람이 [이 실험을 위해] 모든 화면을 모니터링하기 위해 빔라인을 실행해야 했습니다. 지금까지 모든 화면이 우리 실험에 사용되지는 않았지만 제어실에는 XNUMX개의 화면이 있었던 것 같습니다… 이러한 실험이 얼마나 어려운지를 고려할 때 몬테카를로 시뮬레이션과 실험 간에 매우 적절한 선량 일치를 얻을 수 있습니다."
이러한 장애물에도 불구하고 FIRST 플랫폼의 장점에는 펄스 반복 주파수, 피크 전류, 빔 에너지 및 평균 전력을 포함한 주요 소스 매개변수에 대한 제어가 포함됩니다.
Bazalova-Carter는 “우리는 ARIEL 빔라인의 첫 번째 사용자였습니다.”라고 회상합니다. "수년간 이 프로젝트에 참여한 끝에 마우스 방사선 실험을 실제로 실행할 수 있게 되어 매우 만족스러웠습니다."
방사선생물학적 후속 연구가 곧 진행될 예정이다.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/ultrahigh-dose-rate-x-ray-platform-lines-up-for-flash-radiobiological-research/
