Dosimetrie für Zellbestrahlung mit Orthovoltage (40-300 kV) Röntgenanlagen
Summary
Dieses Dokument beschreibt ein neues Dosimetrieprotokoll für Zellbestrahlungen mit Energie-Röntgengeräten. Die Messungen werden unter Bedingungen durchgeführt, die reale Zellbestrahlungsbedingungen so weit wie möglich simulieren.
Abstract
Die Bedeutung von Dosimetrieprotokollen und -standards für radiobiologische Studien ist selbstverständlich. Es wurden mehrere Protokolle für die Dosisbestimmung mit Niederenergie-Röntgenanlagen vorgeschlagen, aber je nach Bestrahlungskonfiguration, Proben, Materialien oder Strahlqualität ist es manchmal schwierig zu wissen, welches Protokoll am besten zu verwenden ist. Wir schlagen daher ein Dosimetrieprotokoll für Zellbestrahlungen mit Niederenergie-Röntgenanlage vor. Das Ziel dieser Methode ist es, die Dosisschätzung auf der Ebene der Zellmonoschicht durchzuführen, um sie so nah wie möglich an realen Zellbestrahlungsbedingungen zu halten. Die verschiedenen Schritte des Protokolls sind wie folgt: Bestimmung der Bestrahlungsparameter (Hochspannung, Intensität, Zellbehälter etc.), Bestimmung des Strahlqualitätsindexes (Hochspannungshalbwert-Schichtpaar), Dosisratenmessung mit in Luftkermabedingungen kalibrierter Ionisationskammer, Quantifizierung der Dämpfung und Streuung des Zellkulturmediums mit EBT3-Radiochromfilmen und Bestimmung der Dosisrate auf Zellebene. Diese Methode muss für jede neue Zellbestrahlungskonfiguration durchgeführt werden, da die Modifikation von nur einem Parameter die reale Dosisabscheidung auf der Ebene der Zellmonoschicht stark beeinflussen kann, insbesondere mit energiearmen Röntgenstrahlen.
Introduction
Ziel der Radiobiologie ist es, Verbindungen zwischen der abgegebenen Dosis und den biologischen Wirkungen herzustellen; Die Dosimetrie ist ein entscheidender Aspekt bei der Gestaltung radiobiologischer Experimente. Seit über 30 Jahren wird die Bedeutung der Dosimetriestandards und der Harmonisierung der Praktiken hervorgehoben1,2,3,4,5. Um eine Dosisrate Referenz zu etablieren, existieren mehrere Protokolle6,7,8,9,10; Wie Peixoto und Andreo11 zeigen, kann es jedoch je nach der für die Dosisrate verwendeten dosimetrischen Menge Unterschiede von bis zu 7 % geben. Darüber hinaus ist es, selbst wenn Protokolle vorhanden sind, manchmal schwierig zu wissen, welches Protokoll für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist, wenn überhaupt, da die Dosisrate für die Zellen von Parametern wie dem Zellbehälter, der Menge der Zellkulturmedien oder der Strahlqualität abhängt. Die Streuung und die Rückstreuung für diese Art der Bestrahlung ist ebenfalls ein sehr wichtiger Parameter, der zu berücksichtigen ist. Tatsächlich wird bei Röntgenstrahlen mit niedriger und mittlerer Energie im AAPM TG-61 Referenzprotokoll10die absorbierte Dosis in Wasser an der Oberfläche eines Wasserphantoms gemessen. Unter Berücksichtigung der sehr spezifischen Zellbestrahlungsbedingungen ist das kleine Volumen der von Luft umgebenen Zellkulturmedien näher an kermabedingungen als die, die für eine absorbierte Dosis mit einem großen Wasseräquivalent-Phantom wie im TG-61-Protokoll definiert sind. Daher haben wir uns dafür entschieden, das Kerma in Wasser als dosimetrische Menge als Referenz anstelle der absorbierten Dosis in Wasser zu verwenden. Daher schlagen wir einen neuen Ansatz vor, um eine bessere Bestimmung der tatsächlichen Dosis zu ermöglichen, die den Zellen zuteil wird.
Ein weiterer wichtiger Aspekt für radiobiologische Studien ist die vollständige Berichterstattung über die für die Bestrahlung verwendeten Methoden und Protokolle, um experimentelle Ergebnisse reproduzieren, interpretieren und vergleichen zu können. Im Jahr 2016 wiesen Pedersen et al.12 auf die unzureichende Berichterstattung über die Dosimetrie in präklinischen radiobiologischen Studien hin. Eine größere aktuelle Studie von Draeger et al.13 zeigte, dass, obwohl einige Dosimetrieparameter wie Dosis, Energie oder Quelltyp gemeldet werden, ein großer Teil der Physik- und Dosimetrieparameter fehlt, die für eine ordnungsgemäße Reproduzierung der Bestrahlungsbedingungen unerlässlich sind. Diese groß angelegte Überprüfung von mehr als 1.000 Veröffentlichungen aus den letzten 20 Jahren zeigt einen erheblichen Mangel an Berichterstattung über die Physik- und Dosimetriebedingungen in radiobiologischen Studien. Daher ist eine vollständige Beschreibung des Protokolls und der in radiobiologischen Studien verwendeten Methode obligatorisch, um robuste und reproduzierbare Experimente durchzuführen.
Unter Berücksichtigung dieser verschiedenen Aspekte wurde für die am IRSN (Institut für Strahlenschutz und nukleare Sicherheit) durchgeführten radiobiologischen Experimente ein strenges Protokoll für Diebestrahlungen in einer Orthovoltanlage implementiert. Dieses Dosimetrieprotokoll wurde entwickelt, um die realen Zellbestrahlungsbedingungen so weit wie möglich zu simulieren und so die tatsächliche Dosis zu bestimmen, die den Zellen zuteil wird. Zu diesem Zweck werden alle Bestrahlungsparameter aufgelistet, und der Strahlqualitätsindex wurde durch Messung der Halbwertschicht (HVL) ausgewertet, für die einige Anpassungen vorgenommen wurden, da die Standardempfehlungen des AAPM-Protokolls10 nicht befolgt werden können. Die absolute Dosismessung wurde dann mit der Ionisationskammer im Zellbehälter durchgeführt, die für Zellbestrahlungen verwendet wird, und die Dämpfung und Streuung der Zellkulturmedien wurde auch mit radiochromen EBT3-Filmen quantifiziert. Da die Änderung von nur einem einzigen Parameter des Protokolls die Dosisschätzung erheblich beeinflussen kann, wird für jede Zellbestrahlungskonfiguration eine spezielle Dosimetrie durchgeführt. Darüber hinaus muss der HVL-Wert für jede Spannungsfilterkombination berechnet werden. In dieser vorliegenden Arbeit wird eine Spannung von 220 kV, eine Intensität von 3 mA und eine inhärente und eine zusätzliche Filtration von 0,8 mm bzw. 0,15 mm Beryllium bzw. Kupfer verwendet. Die gewählte Zellbestrahlungskonfiguration befindet sich auf einem T25-Kolben, wo Zellen mit 5 ml Zellkulturmedien bestrahlt wurden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Arbeit stellt das Protokoll vor, das für Zellbestrahlungen mit Niederenergie-Röntgenanlage verwendet und implementiert wurde. Heutzutage werden viele radiobiologische Experimente mit dieser Art von Bestrahlungskörper durchgeführt, da sie einfach zu bedienen, kostengünstig und mit sehr wenigen Strahlenschutzbeschränkungen sind, im Vergleich zum Beispiel zur Kobaltquelle. Obwohl diese Setups viele Vorteile haben, da sie eine niedrige Röntgenenergiequelle verwenden, kann eine Änderung von nur einem Bestrahlung…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
nichts
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/ |
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