Summary

Дозиметрия для облучения клеток с помощью рентгеновских лучей Orthovoltage (40-300 кВ)

Published: February 20, 2021
doi:

Summary

В этом документе описывается новый протокол дозиметрии для облучения клеток с использованием низкой энергии рентгеновского оборудования. Измерения проводятся в условиях, имитирующих реальные условия облучения клеток как можно больше.

Abstract

Важность протоколов и стандартов дозиметрии для радиобиологических исследований очевидна. Было предложено несколько протоколов для определения дозы с использованием низкой энергии рентгеновских объектов, но в зависимости от конфигурации облучения, образцы, материалы или качество пучка, иногда трудно знать, какой протокол является наиболее подходящим для использования. Поэтому мы предлагаем протокол дозиметрии для облучения клеток с использованием низкой энергии рентгеновского объекта. Цель этого метода состоит в том, чтобы выполнить оценку дозы на уровне монослой клетки, чтобы сделать его как можно ближе к реальным условиям облучения клеток. Различные этапы протокола следующие: определение параметров облучения (высокое напряжение, интенсивность, сотовый контейнер и т.д.), определение индекса качества пучка (высоковольтно-половина значения слоя пара), измерение скорости дозы с ионизацией камеры, откалиброванной в условиях воздушной кермы, количественная оценка атенуации и рассеяния среды клеточной культуры с EBT3 радиохромных пленок, и определение скорости дозы на клеточном уровне. Эта методология должна быть выполнена для каждой новой конфигурации облучения клеток, поскольку изменение только одного параметра может сильно повлиять на реальное осаждение дозы на уровне монослой клетки, особенно с участием рентгеновских лучей с низкой энергией.

Introduction

Целью радиобиологии является установление связи между доставленной дозой и биологическим воздействием; дозиметрия является важнейшим аспектом в разработке радиобиологических экспериментов. На протяжении более 30 лет, важность стандартов дозиметрии и гармонизации практикибыли выделены 1,2,3,4,5. Для установления дозы ссылки, несколько протоколовсуществуют 6,7,8,9,10; однако, как показали Peixoto и Andreo11 , могут быть различия до 7% в зависимости от дозиметрического количества, используемого для определения скорости дозы. Кроме того, даже если протоколы существуют, иногда трудно знать, какой протокол является наиболее подходящим для конкретного применения, если таковые имеются, потому что скорость дозы для клеток зависит от параметров, таких как контейнер клетки, количество средств массовой информации культуры клеток или качество пучка, например. Рассеяние и откат для этого типа облучения также является очень важным параметром, чтобы принять во внимание. Действительно, для рентгеновских лучей низкой и средней энергии, в справочном протоколе AAPMTG-61 10,поглощенная доза в воде измеряется на поверхности водяного фантома. Принимая во внимание очень специфические условия облучения клеток, небольшой объем среды клеточной культуры, окруженной воздухом, ближе к условиям кермы, чем те, которые определены для поглощенной дозы с большим фантомом эквивалента воды, как в протоколе TG-61. Таким образом, мы решили использовать керму в воде в качестве дозиметрического количества для справки, а не поглощенной дозы в воде. Таким образом, мы предлагаем новый подход, чтобы обеспечить лучшее определение фактической дозы, поставляемой в клетки.

Кроме того, еще одним важным аспектом радиобиологических исследований является полная отчетность о методах и протоколах, используемых для облучения, с тем чтобы иметь возможность воспроизводить, интерпретировать и сравнивать экспериментальные результаты. В 2016 году Pedersen et al.12 обратили внимание на неадекватную отчетность о дозиметрии в доклинкологических радиобиологических исследованиях. Более крупное недавнее исследование, проведенное Draeger et al.13, показало, что, хотя некоторые параметры дозиметрии, такие как доза, энергия или тип источника, сообщаются, большая часть параметров физики и дозиметрии, которые необходимы для правильного воспроизведения условий облучения, отсутствуют. Этот крупномасштабный обзор из более чем 1000 публикаций, охватывающих последние 20 лет, свидетельствует о значительном отсутствии отчетности о физике и условиях дозиметрии в радиобиологических исследованиях. Таким образом, полное описание протокола и метода, используемого в радиобиологических исследованиях, является обязательным для того, чтобы провести надежные и воспроизводимые эксперименты.

С учетом этих различных аспектов для радиобиологических экспериментов, проведенных в IRSN (Институт радиационной защиты и ядерной безопасности), был введен строгий протокол об облучении клеток на объекте ортопедии. Этот протокол дозиметрии был разработан для того, чтобы имитировать реальные условия облучения клеток как можно больше и, таким образом, чтобы определить фактическую дозу доставлены в клетки. С этой целью перечислены все параметры облучения, а индекс качества пучка был оценен путем измерения половины слоя значения (HVL), для которого были сделаны некоторые изменения, поскольку стандартные рекомендации протокола10 AAPM не могут быть соблюдены. Затем было проведено абсолютное измерение скорости дозы с помощью камеры ионизации внутри клеточного контейнера, используемого для облучения клеток, а аттенуация и рассеяние средств массовой информации клеточной культуры также были количественно определены с помощью радиохромных пленок EBT3. Поскольку изменение только одного параметра протокола может существенно повлиять на оценку дозы, для каждой конфигурации облучения клеток выполняется специальная дозиметрия. Кроме того, значение HVL должно быть рассчитано для каждой комбинации напряжения-фильтра. В этой нынешней работе используется напряжение 220 кВ, интенсивность 3 мА, присущая и дополнительная фильтрация 0,8 мм и 0,15 мм бериллия и меди соответственно. Выбранная конфигурация облучения клеток находится на колбе T25, где клетки были облучены 5 мл средств массовой информации клеточной культуры.

Protocol

1. Платформа облучения и определение параметров облучения Используйте платформу облучения, обеспечивая рентгеновские лучи с низкой и средней энергией. Определите параметры эксперимента для обеспечения надежности и воспроизводимости радиобиологического эксперимента: высокое н…

Representative Results

В этой работе мы использовали платформу, посвященную облучению мелких животных19; однако, эта платформа может быть использована для облучения других типов образцов, таких как клетки. Источником облучения является варианская рентгеновская трубка (NDI-225-22), имеюя присущую фил?…

Discussion

В этой работе представлен протокол, используемый и реализованный для облучения клеток с использованием низкой энергии рентгеновского объекта. В настоящее время многие радиобиологические эксперименты проводятся с этим типом облучения, поскольку они просты в использовании, экономиче?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

никакой

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

  1. 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).
  2. Zoetelief, J., et al. Protocol for X-ray dosimetry in radiobiology. International Journal of Radiation Biology. 77 (7), 817-835 (2001).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. DIN. Klinische Dosimetrie: Teil 4. Anwendung von Röntgenstrahlen mit Röhrenspannungen von 10 bis 100 kV in der Strahlentherapie und in der Weichteildianostik. , (1988).
  7. DIN. Klinische Dosimetrie: Teil 5. Anwendung von Röntgenstrahlen mit Röhrenspannungen von 100 bis 400 kV in der Strahlentherapie. , (1996).
  8. NCS. Dosimetry of low and medium energy x-rays: A code of practice for use in radiotherapy and radiobiology. NCS. , (1997).
  9. International Atomic Energy Agency. Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy. International Atomic Energy Agency. , (2000).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Devic, S., et al. Precise radiochromic film dosimetry using a flat-bed document scanner. Medical Physics. 32 (7), 2245-2253 (2005).
  15. Micke, A., Lewis, D. F., Yu, X. Multichannel film dosimetry with nonuniformity correction. Medical Physics. 38 (5), 2523-2534 (2011).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Noblet, C., et al. Underestimation of dose delivery in preclinical irradiation due to scattering conditions. Physica Medica. 30 (1), 63-68 (2014).
  22. 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).
check_url/kr/61645?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Dos Santos, M., Paget, V., Trompier, F., Gruel, G., Milliat, F. Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage (40-300 kV) X-Ray Facilities. J. Vis. Exp. (168), e61645, doi:10.3791/61645 (2021).

View Video