Ortovoltage (40-300 kV) X-Ray İmkanları Kullanılarak Hücre Işıtması için Dozimetri
Summary
Bu belgede, düşük enerjili X-ışını ekipmanı kullanılarak hücre ışınlamaları için yeni bir dozimetri protokolü açıklanmaktadır. Ölçümler, gerçek hücre ışınlama koşullarını mümkün olduğunca simüle eden koşullarda gerçekleştirilir.
Abstract
Radyobiyolojik çalışmalar için dozimetri protokollerinin ve standartlarının önemi kendini göstermektedir. Düşük enerjili X-ray tesisleri kullanılarak doz tespiti için çeşitli protokoller önerilmiştir, ancak ışınlama konfigürasyonlarına, numunelere, malzemelere veya ışın kalitesine bağlı olarak, hangi protokolün kullanılmasının en uygun olduğunu bilmek bazen zordur. Bu nedenle, düşük enerjili X-ışını tesisi kullanarak hücre ışınlamaları için bir dozimetri protokolü öneriyoruz. Bu yöntemin amacı, doz tahminini hücre monolayer düzeyinde gerçekleştirerek gerçek hücre ışınlama koşullarına mümkün olduğunca yakın hale getirmektir. Protokolün farklı adımları şu şekildedir: işınlama parametrelerinin belirlenmesi (yüksek gerilim, yoğunluk, hücre kabı vb.), ışın kalitesi indeksinin belirlenmesi (yüksek voltaj-yarı değer katmanı çifti), hava kerma koşullarında kalibre edilmiş iyonlaşma odası ile doz oranı ölçümü, hücre kültürü ortamının EBT3 radyokromik filmlerle zayıflama ve saçılmalarının ölçülmesi ve hücresel düzeyde doz oranının belirlenmesi. Bu metodoloji, her yeni hücre ışınlama yapılandırması için yapılmalıdır, çünkü sadece bir parametrenin değiştirilmesi, özellikle düşük enerjili X ışınlarını içeren hücre monolayer düzeyinde gerçek doz birikimini güçlü bir şekilde etkileyebilir.
Introduction
Radyobiyolojinin amacı, teslim edilen doz ile biyolojik etkiler arasında bağlantılar kurmaktır; dozimetri radyobiyolojik deneylerin tasarımında çok önemli bir husustur. 30 yılı aşkın bir süredir, dozimetri standartlarının önemi ve uygulamaların uyumuvurgulanmıştır 1,2,3,4,5. Bir doz oranı referansı oluşturmak için, çeşitli protokollervardır 6,7,8,9,10; bununla birlikte, Peixoto ve Andreo11 tarafından gösterildiği gibi, doz oranı tayini için kullanılan dozimetrik miktara bağlı olarak% 7’ye kadar farklılıklar olabilir. Ayrıca, protokoller olsa bile, varsa belirli bir uygulama için hangi protokolün en uygun olduğunu bilmek bazen zordur, çünkü hücreler için doz oranı hücre kabı, hücre kültürü ortamı miktarı veya ışın kalitesi gibi parametrelere bağlıdır. Bu tür ışınlama için saçılma ve geri saçılma da dikkate alınması gereken çok önemli bir parametredir. Gerçekten de, düşük ve orta enerjili X ışınları için, AAPM TG-61 referans protokolü10‘da, sudaki emilen doz bir su hayaletinin yüzeyinde ölçülür. Çok spesifik hücre ışınlama koşulları dikkate alınarak, hava ile çevrili küçük hücre kültürü ortamı hacmi, TG-61 protokolünde olduğu gibi büyük bir suya eşdeğer hayalet ile emilen bir doz için tanımlananlardan kerma koşullarına daha yakındır. Bu nedenle, sudaki kermayı, sudaki emilen doz yerine referans için dozimetrik bir miktar olarak kullanmayı seçtik. Bu nedenle, hücrelere teslim edilen gerçek dozun daha iyi belirlenmesini sağlamak için yeni bir yaklaşım öneriyoruz.
Ayrıca, radyobiyolojik çalışmalar için bir diğer önemli husus, deneysel sonuçları yeniden üretebilmek, yorumlayabilmek ve karşılaştırabilmek için ışınlama için kullanılan yöntem ve protokollerin eksiksiz raporlanmasıdır. 2016 yılında Pedersen ve ark.12, klinik öncesi radyobiyolojik çalışmalarda dozimetrinin yetersiz rapor edildiğini vurgulamıştır. Draeger ve ark.13’ten daha büyük bir yeni çalışma, doz, enerji veya kaynak türü gibi bazı dozimetri parametreleri bildirilse de, ışınlama koşullarını düzgün bir şekilde çoğaltmak için gerekli olan fizik ve dozimetri parametrelerinin büyük bir kısmının eksik olduğunu vurguladı. Son 20 yılı kapsayan 1.000’den fazla yayının bu büyük ölçekli incelemesi, radyobiyolojik çalışmalarda fizik ve dozimetri koşullarının raporlarında önemli bir eksikliği göstermektedir. Bu nedenle, sağlam ve tekrarlanabilir deneylere sahip olmak için protokolün ve radyobiyolojik çalışmalarda kullanılan yöntemin tam bir açıklaması zorunludur.
Bu farklı hususlar dikkate alınarak, IRSN’de (Radyasyondan Korunma ve Nükleer Güvenlik Enstitüsü) gerçekleştirilen radyobiyolojik deneyler için, bir ortovoltage tesisinde hücre ışınlamaları için sıkı bir protokol uygulanmıştır. Bu dozimetri protokolü, gerçek hücre ışınlama koşullarını mümkün olduğunca simüle etmek ve böylece hücrelere teslim edilen gerçek dozu belirlemek için tasarlanmıştır. Bu amaçla, tüm ışınlama parametreleri listelenir ve ışın kalitesi indeksi, AAPM protokolü10’dan standart önerilere uyulmadığı için bazı uyarlamaların yapıldığı yarı değer katmanı (HVL) ölçülerek değerlendirilmiştir. Mutlak doz oranı ölçümü daha sonra hücre ışınlamaları için kullanılan hücre kabının içindeki iyonlaşma odası ile yapıldı ve hücre kültürü ortamlarının zayıflaması ve saçılması da EBT3 radyokromik filmlerle ölçüldü. Protokolün yalnızca bir tek parametresinin değiştirilmesi doz tahminini önemli ölçüde etkileyebileceğinden, her hücre ışınlama yapılandırması için özel bir dozimetri gerçekleştirilir. Ayrıca, her voltaj filtresi kombinasyonu için HVL değeri hesaplanmalıdır. Bu mevcut çalışmada, 220 kV’luk bir voltaj, 3 mA’lık bir yoğunluk ve sırasıyla 0,8 mm ve 0,15 mm’lik bir beryllium ve bakırın doğal ve ek filtrasyonu kullanılmaktadır. Seçilen hücre ışınlama yapılandırması, hücrelerin 5 mL hücre kültürü ortamı ile ışınlandığı bir T25 şişesindedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışma, düşük enerjili X-ray tesisi kullanılarak hücre ışınlamaları için kullanılan ve uygulanan protokolü sunar. Günümüzde, kullanımı kolay, uygun maliyetli ve çok az radyoproteksyon kısıtlaması ile, örneğin kobalt kaynağına kıyasla, bu tür ışınlayıcı ile birçok radyobiyoloji deneyi yapılmaktadır. Bu kurulumların birçok avantajı olmasına rağmen, düşük bir X-ışını enerji kaynağı kullandıklarından, yalnızca bir ışınlama parametresinin değiştirilmesi dozimetri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hiçbiri
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).
