قياس الجرعات لإشعاع الخلايا باستخدام مرافق الأشعة السينية Orthovoltage (40-300 كيلو فولت)
Summary
تصف هذه الوثيقة بروتوكولا جديدا لقياس الجرعات لإشعاعات الخلايا باستخدام معدات الأشعة السينية منخفضة الطاقة. يتم إجراء القياسات في ظروف تحاكي ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية قدر الإمكان.
Abstract
إن أهمية بروتوكولات ومعايير قياس الجرعات للدراسات البيولوجية الإشعاعية أمر بديهي. وقد اقترحت عدة بروتوكولات لتحديد الجرعة باستخدام مرافق الأشعة السينية منخفضة الطاقة، ولكن تبعا لتكوينات التشعيع أو العينات أو المواد أو نوعية الحزمة، يصعب في بعض الأحيان معرفة البروتوكول الأنسب لاستخدامه. ولذلك، نقترح بروتوكولا لقياس الجرعات لإشعاعات الخلايا باستخدام مرفق الأشعة السينية منخفض الطاقة. والهدف من هذه الطريقة هو إجراء تقدير الجرعة على مستوى أحادي الطبقة الخلية لجعلها أقرب ما يمكن إلى ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية. الخطوات المختلفة للبروتوكول هي على النحو التالي: تحديد معلمات الإشعاع (الجهد العالي ، الكثافة ، حاوية الخلية وما إلى ذلك) ، تحديد مؤشر جودة الحزمة (ثنائي طبقة نصف قيمة الجهد العالي) ، قياس معدل الجرعة مع غرفة التأين معايرة في ظروف كيرما الهواء ، تحديد كمية التوهين وتشتت وسط ثقافة الخلية مع أفلام EBT3 المشعة ، وتحديد معدل الجرعة على المستوى الخلوي. يجب أن يتم تنفيذ هذه المنهجية لكل تكوين تشعيع خلية جديدة كما تعديل معلمة واحدة فقط يمكن أن تؤثر بقوة على ترسب الجرعة الحقيقية على مستوى أحادي الخلية، لا سيما التي تنطوي على انخفاض الطاقة الأشعة السينية.
Introduction
والهدف من البيولوجيا الإشعاعية هو إقامة روابط بين الجرعة المسلمة والآثار البيولوجية؛ قياس الجرعات هو جانب حاسم في تصميم التجارب البيولوجية الإشعاعية. لأكثر من 30 عاما ، تم تسليط الضوء على أهمية معايير قياس الجرعات ومواءمة الممارسات1و2و3و4و5. لإنشاء مرجع معدل الجرعة، توجد عدة بروتوكولات6،7،8،9،10؛ ومع ذلك، كما هو مبين من قبل Peixoto وأندريو11، يمكن أن يكون هناك اختلافات تصل إلى 7٪ اعتمادا على كمية الجرعات المستخدمة لتحديد معدل الجرعة. وعلاوة على ذلك، حتى لو كانت هناك بروتوكولات، فإنه من الصعب في بعض الأحيان معرفة البروتوكول الأكثر ملاءمة لتطبيق معين، إن وجد، لأن معدل الجرعة للخلايا يعتمد على معلمات مثل حاوية الخلية أو كمية وسائط ثقافة الخلية أو جودة الحزمة، على سبيل المثال. التشتت والتشتت الخلفي لهذا النوع من الإشعاع هو أيضا معلمة مهمة جدا أن تأخذ في الاعتبار. في الواقع ، بالنسبة للأشعة السينية منخفضة ومتوسطة الطاقة ، في البروتوكول المرجعي AAPM TG-6110، يتم قياس الجرعة الممتصة في الماء على سطح شبح الماء. مع الأخذ في الاعتبار ظروف تشعيع الخلايا المحددة للغاية ، فإن الحجم الصغير لوسائط ثقافة الخلية المحاطة بالهواء أقرب إلى ظروف kerma من تلك المحددة لجرعة ممتصة مع شبح مكافئ كبير للمياه كما هو الحال في بروتوكول TG-61. لذلك، اخترنا استخدام كيرما في الماء ككمية الجرعات كمرجع بدلا من الجرعة الممتصة في الماء. وبالتالي، فإننا نقترح نهجا جديدا لتوفير تحديد أفضل للجرعة الفعلية التي يتم تسليمها إلى الخلايا.
وعلاوة على ذلك، هناك جانب آخر حاسم بالنسبة للدراسات البيولوجية الإشعاعية وهو الإبلاغ الكامل عن الأساليب والبروتوكولات المستخدمة في التشعيع من أجل التمكن من إعادة إنتاج النتائج التجريبية وتفسيرها ومقارنتها. في عام 2016، سلط بيدرسن وآخرون12 الضوء على عدم كفاية الإبلاغ عن قياس الجرعات في الدراسات البيولوجية الإشعاعية قبل السريرية. وأبرزت دراسة حديثة أكبر من دريغر وآخرون13 أنه على الرغم من الإبلاغ عن بعض معلمات قياس الجرعات مثل الجرعة أو الطاقة أو نوع المصدر، فإن جزءا كبيرا من معلمات الفيزياء وقياس الجرعات الضرورية لتكرار ظروف التشعيع بشكل صحيح مفقودة. ويبين هذا الاستعراض الواسع النطاق، الذي شمل أكثر من 000 1 منشور يغطي السنوات العشرين الماضية، نقصا كبيرا في الإبلاغ عن حالات الفيزياء وقياس الجرعات في الدراسات البيولوجية الإشعاعية. وبالتالي، فإن الوصف الكامل للبروتوكول والأسلوب المتبع في الدراسات البيولوجية الإشعاعية إلزامي من أجل إجراء تجارب قوية وقابلة للاستنساخ.
ومع مراعاة هذه الجوانب المختلفة، بالنسبة للتجارب البيولوجية الإشعاعية التي أجريت في معهد الحماية من الإشعاع والسلامة النووية، تم تنفيذ بروتوكول صارم لإشعاعات الخلايا في مرفق لتقويم الأعصاب. تم تصميم بروتوكول قياس الجرعات هذا لمحاكاة ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية قدر الإمكان ، وبالتالي ، لتحديد الجرعة الفعلية التي يتم تسليمها إلى الخلايا. وتحقيقا لهذه الغاية، يتم سرد جميع معلمات التشعيع، وتم تقييم مؤشر جودة الحزمة من خلال قياس طبقة القيمة النصفية (HVL) التي تم إجراء بعض التعديلات عليها حيث لا يمكن اتباع التوصيات القياسية من بروتوكول AAPM10. ثم تم إجراء قياس معدل الجرعة المطلقة مع غرفة التأين داخل حاوية الخلية المستخدمة في تشعيع الخلايا ، وتم أيضا قياس التوهين وتشتت وسائط ثقافة الخلية مع أفلام EBT3 المشعة. وبما أن تعديل معلمة واحدة فقط من البروتوكول يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تقدير الجرعة، يتم إجراء قياس جرعات مخصص لكل تكوين تشعيع للخلايا. وعلاوة على ذلك، يجب حساب قيمة HVL لكل تركيبة فلتر الجهد. في هذا العمل الحالي ، يتم استخدام جهد 220 كيلو فولت ، وكثافة 3 mA ، وترشيح متأصل وإضافي من 0.8 مم و 0.15 مم من البريليوم والنحاس ، على التوالي. يتم اختيار تكوين تشعيع الخلية على قارورة T25، حيث تم تشعيع الخلايا ب 5 مل من وسائط ثقافة الخلية.
Protocol
Representative Results
Discussion
يعرض هذا العمل البروتوكول المستخدم والمنفذ لإشعاعات الخلايا باستخدام مرفق الأشعة السينية منخفض الطاقة. في الوقت الحاضر ، يتم إجراء العديد من تجارب البيولوجيا الإشعاعية مع هذا النوع من المشعع لأنها سهلة الاستخدام وفعالة من حيث التكلفة ومع قيود قليلة جدا على الحماية الإشعاعية ، مقارنة بم?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
اي
Materials
| 31010 ionization chamber | PTW | ionization Radiation, Detectors including code of practice, catalog 2019/2020, page 14 | https://www.ptwdosimetry.com/fileadmin/user_upload/DETECTORS_Cat_en_16522900_12/blaetterkatalog/index.html?startpage=1#page_14 |
| EBT3 radiochromic films | Meditest | quote request | https://www.meditest.fr/produit/ebt3-8×10/ |
| electrometer UNIDOSEwebline | PTW | online catalog, quote request | https://www.ptwdosimetry.com/en/products/unidos-webline/?type=3451&downloadfile=1593& cHash= 6096ddc2949f8bafe5d556e931e6c865 |
| HVL material (filter, diaphragm) | PTW | online catalog, page 70, quote request | thickness foils: 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5 and 10 mm of copper, https://www.ptwdosimetry.com/fileadmin/user_upload/Online_Catalog/Radiation_Medicine_Cat_en_ 58721100_11/blaetterkatalog/index.html#page_70 |
| scanner for radiochromic films | Epson | quote request | Epson V700, seiko Epson corporation, Suwa, Japan |
| temperature and pressure measurements, Lufft OPUS20 | lufft | quote request | https://www.lufft.com/products/in-room-measurements-291/opus-20-thip-1983/ |
References
- Zoetelief, J., Broerse, J. J., Davies, R. W. Protocol for X-ray dosimetry EULEP. Report No. Report EUR 9507. Commission of the European Communities. , (1985).
- Zoetelief, J., et al. Protocol for X-ray dosimetry in radiobiology. International Journal of Radiation Biology. 77 (7), 817-835 (2001).
- Zoetelief, J., Jansen, J. T. Calculated energy response correction factors for LiF thermoluminescent dosemeters employed in the seventh EULEP dosimetry intercomparison. Physics in Medicine and Biology. 42 (8), 1491-1504 (1997).
- Coleman, C. N., et al. Education and training for radiation scientists: radiation research program and American Society of Therapeutic Radiology and Oncology Workshop, Bethesda, Maryland. Radiation Research. 160 (6), 729-737 (2003).
- Desrosiers, M., et al. The importance of dosimetry standardization in radiobiology. Journal of Research of National Institute of Standards and Technology. 118, 403-418 (2013).
- DIN. Klinische Dosimetrie: Teil 4. Anwendung von Röntgenstrahlen mit Röhrenspannungen von 10 bis 100 kV in der Strahlentherapie und in der Weichteildianostik. , (1988).
- DIN. Klinische Dosimetrie: Teil 5. Anwendung von Röntgenstrahlen mit Röhrenspannungen von 100 bis 400 kV in der Strahlentherapie. , (1996).
- NCS. Dosimetry of low and medium energy x-rays: A code of practice for use in radiotherapy and radiobiology. NCS. , (1997).
- International Atomic Energy Agency. Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy. International Atomic Energy Agency. , (2000).
- Ma, C. M., et al. AAPM protocol for 40-300 kV x-ray beam dosimetry in radiotherapy and radiobiology. Medical Physics. 28 (6), 868-893 (2001).
- Peixoto, J. G., Andreo, P. Determination of absorbed dose to water in reference conditions for radiotherapy kilovoltage x-rays between 10 and 300 kV: a comparison of the data in the IAEA, IPEMB, DIN and NCS dosimetry protocols. Physics in Medicine and Biology. 45 (3), 563-575 (2000).
- Pedersen, K. H., Kunugi, K. A., Hammer, C. G., Culberson, W. S., DeWerd, L. A. Radiation biology irradiator dose verification survey. Radiation Research. 185 (2), 163-168 (2016).
- Draeger, E., et al. A dose of reality: how 20 years of incomplete physics and dosimetry reporting in radiobiology studies may have contributed to the reproducibility crisis. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 106 (2), 243-252 (2020).
- Devic, S., et al. Precise radiochromic film dosimetry using a flat-bed document scanner. Medical Physics. 32 (7), 2245-2253 (2005).
- Micke, A., Lewis, D. F., Yu, X. Multichannel film dosimetry with nonuniformity correction. Medical Physics. 38 (5), 2523-2534 (2011).
- Poludniowski, G., Landry, G., DeBlois, F., Evans, P. M., Verhaegen, F. SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes. Physics in Medicine and Biology. 54 (19), 433-438 (2009).
- Hubbell, J. H., Seltzer, S. M. X-Ray mass attenuation coefficients – Tables of X-ray mass attenuation coefficients and mass energy-absorption coefficients 1 keV to 20 MeV for elements Z = 1 to 92 and 48 additional substances of dosimetric interest (version 1.4). NIST Standard Reference Database. , 126 (1995).
- Wong, J., et al. High-resolution, small animal radiation research platform with x-ray tomographic guidance capabilities. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 71 (5), 1591-1599 (2008).
- Trompier, F., et al. Investigation of the influence of calibration practices on cytogenetic laboratory performance for dose estimation. International Journal of Radiation Biology. , 1-9 (2016).
- Dos Santos, M., et al. Importance of dosimetry protocol for cell irradiation on a low X-rays facility and consequences for the biological response. International Journal of Radiation Biology. , 1-29 (2018).
- Noblet, C., et al. Underestimation of dose delivery in preclinical irradiation due to scattering conditions. Physica Medica. 30 (1), 63-68 (2014).
- Paixao, L., et al. Monte Carlo derivation of filtered tungsten anode X-ray spectra for dose computation in digital mammography. Radiologia Brasileira. 48 (6), 363-367 (2015).
