דוזימטריה עבור הקרנת תאים באמצעות Orthovoltage (40-300 kV) מתקני רנטגן
Summary
מסמך זה מתאר פרוטוקול dosimetry חדש עבור הקרנת תאים באמצעות ציוד רנטגן באנרגיה נמוכה. המדידות מבוצעות בתנאים המדמים תנאי הקרנת תאים אמיתיים ככל האפשר.
Abstract
החשיבות של פרוטוקולי דוזימטריה וסטנדרטים למחקרים רדיוביולוגיים מובנת מאליה. מספר פרוטוקולים הוצעו לקביעת מינון באמצעות מתקני רנטגן באנרגיה נמוכה, אך בהתאם לתצורות ההקרנה, הדגימות, החומרים או איכות הקרן, לפעמים קשה לדעת איזה פרוטוקול הוא המתאים ביותר להעסיק. אנו, אם כן, מציעים פרוטוקול דוזימטריה להקרנת תאים באמצעות מתקן רנטגן באנרגיה נמוכה. מטרת שיטה זו היא לבצע את הערכת המינון ברמה של monolayer התא כדי להפוך אותו קרוב ככל האפשר לתנאי הקרנה תא אמיתי. השלבים השונים של הפרוטוקול הם כדלקמן: קביעת פרמטרי ההקרנה (מתח גבוה, אינטנסיביות, מיכל תא וכו ‘), קביעת מדד איכות הקרן (זוג שכבת מתח-חצי ערך גבוהה), מדידת קצב מינון עם תא יינון מכויל בתנאי קרמה אוויר, כימות של הנחתה ופיזור של מדיום תרבות התא עם סרטים רדיוכרומיים EBT3, וקביעת קצב המינון ברמה התאית. מתודולוגיה זו חייבת להתבצע עבור כל תצורת הקרנת תא חדש כמו השינוי של פרמטר אחד בלבד יכול להשפיע מאוד על תצהיר המינון האמיתי ברמה של monolayer התא, במיוחד מעורבים קרני רנטגן אנרגיה נמוכה.
Introduction
מטרת הרדיוביולוגיה היא ליצור קשרים בין המינון המועבר לבין ההשפעות הביולוגיות; דוזימטריה היא היבט מכריע בתכנון ניסויים רדיוביולוגיים. במשך למעלה מ -30 שנה, החשיבות של סטנדרטים דוזימטריים והרמוניזציה של פרקטיקות הודגשו1,2,3,4,5. כדי לקבוע התייחסות שיעור מנה, מספר פרוטוקולים קיימים6,7,8,9,10; עם זאת, כפי שמוצג על ידי Peixoto ו Andreo11 , יכולים להיות הבדלים של עד 7% בהתאם לכמות הדוזימטרית המשמשת לקביעת שיעור המינון. יתר על כן, גם אם קיימים פרוטוקולים, לפעמים קשה לדעת איזה פרוטוקול הוא המתאים ביותר ליישום מסוים, אם בכלל, כי קצב המינון של התאים תלוי בפרמטרים כגון מיכל התא, כמות המדיה תרבות התא או איכות הקרן, למשל. הפיזור ואת backscattering עבור סוג זה של הקרנה הוא גם פרמטר חשוב מאוד לקחת בחשבון. ואכן, עבור צילומי רנטגן באנרגיה נמוכה ובינונית, בפרוטוקול הייחוס AAPM TG-6110, המינון נספג במים נמדד על פני השטח של פנטום מים. אם ניקח בחשבון את תנאי הקרנת התאים הספציפיים מאוד, הנפח הקטן של תקשורת תרבות התא מוקף באוויר קרוב יותר לתנאי קרמה מאלה שהוגדרו למינון נספג עם פנטום שווה ערך למים גדול כמו בפרוטוקול TG-61. לכן, בחרנו להשתמש kerma במים ככמות דוזימטרית לעיון ולא את המינון נספג במים. לכן, אנו מציעים גישה חדשה כדי לספק קביעה טובה יותר של המינון בפועל מועבר לתאים.
יתר על כן, היבט מכריע נוסף למחקרים רדיוביולוגיים הוא דיווח מלא של השיטות והפרוטוקולים המשמשים להקרנה כדי להיות מסוגל לשחזר, לפרש ולהשוות תוצאות ניסיוניות. בשנת 2016, Pedersen et al.12 הדגיש את הדיווח הלקוי של דוזימטריה במחקרים רדיוביולוגיים פרה-קוליניים. מחקר גדול יותר שנערך לאחרונה על ידי Draeger et al.13 הדגיש כי למרות כמה פרמטרים dosimetry כגון המינון, אנרגיה, או סוג המקור מדווחים, חלק גדול של הפרמטרים הפיזיקה והדוסימטריה כי הם חיוניים כדי לשכפל כראוי את תנאי ההקרנה חסרים. סקירה רחבת היקף זו, של יותר מ-1,000 פרסומים המכסים את 20 השנים האחרונות, מראה על מחסור משמעותי בדיווח על תנאי הפיזיקה והדוסימטריה במחקרים רדיוביולוגיים. לפיכך, תיאור מלא של הפרוטוקול והשיטה המשמשת במחקרים רדיוביולוגיים הוא חובה על מנת לערוך ניסויים חזקים הניתנים לשחזור.
אם ניקח בחשבון היבטים שונים אלה, עבור הניסויים הרדיוביולוגיים שבוצעו ב- IRSN (המכון להגנה מפני קרינה ובטיחות גרעינית), יושם פרוטוקול מחמיר להקרנת תאים במתקן אורתובולגי. פרוטוקול דוזימטריה זה תוכנן על מנת לדמות את תנאי ההקרנה האמיתיים של התא ככל האפשר ובכך, כדי לקבוע את המינון בפועל מועבר לתאים. למטרה זו, כל פרמטרי ההקרנה מפורטים, ומדד איכות הקרן הוערך על ידי מדידת שכבת חצי הערך (HVL) שעבורה נעשו התאמות מסוימות מכיוון שלא ניתן לעקוב אחר ההמלצות הסטנדרטיות מפרוטוקול AAPM10. מדידת קצב המינון המוחלטת בוצעה לאחר מכן עם תא היוניזציה בתוך מיכל התא המשמש להקרין תאים, וההחלשה והפיזור של המדיה של תרבות התא כמתו גם עם סרטים רדיוכרומיים EBT3. כמו השינוי של פרמטר אחד בלבד של הפרוטוקול יכול להשפיע באופן משמעותי על הערכת המינון, דוזימטריה ייעודית מבוצעת עבור כל תצורת הקרנת תא. יתר על כן, יש לחשב את ערך HVL עבור כל שילוב של מסנן מתח. בעבודה הנוכחית, מתח של 220 kV, אינטנסיביות של 3 mA, וסינון אינהרנטי ונוסף של 0.8 מ”מ ו 0.15 מ”מ של בריליום ונחושת, בהתאמה, משמשים. תצורת הקרנת התאים שנבחרה נמצאת על בקבוק T25, שבו התאים הוקרנו עם 5 מ”ל של מדיה תרבות התא.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבודה זו מציגה את הפרוטוקול המשמש ומיושם עבור הקרנת תאים באמצעות מתקן רנטגן באנרגיה נמוכה. כיום, ניסויים רדיוביולוגיים רבים מבוצעים עם סוג זה של הקרנה כפי שהם קלים לשימוש, חסכוני עם מעט מאוד אילוצי radioprotection, לעומת מקור קובלט למשל. למרות הגדרות אלה יש יתרונות רבים, כפי שהם משתמשים במקור אנרג…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ללא
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).
