Testimisel jõuab esimese vähiuuringute kiirendaja prototüüpi magnetribale

Can we eat to starve cancer? | William Li (Juuli 2019).

Anonim

Ameerika Ühendriikide energeetikaministeeriumi Brookhaven'i riikliku labori teadlased on hakanud katsetama magnetkomplekti vähiravi uue osakeste kiirendaja jaoks. Kasutades Brookhaveni teadlasi koostöös Best Medical Internationaliga (Springfield, Virginia), on gaasipedaal - "ioonkütusel põhinev meditsiiniline sünkrotroon" (iRCMS) -potentsiaal anda täpne kontrollitud osakeste talad (prootonid ja / või süsinikuioonid), mis hävitavad vähkkasvajad, vähendades samas tervislike koekahjustusi.

Ülemaailmse ravi keskuse aruanded näitavad, et osakeste kiirteravi tulemuseks on väiksemad kõrvaltoimed võrreldes tavapärase röntgenikiirgusega, eriti tuumorites tundlikes piirkondades, näiteks ajus või lülisamba lähedal. Põhjus: laetud osakesi nagu prootoneid saab täpselt sihtida ja hoida suurema osa oma energiast, kui nad peatuvad, selle asemel, et toota sellist kahjustusteed, mida röntgenkiired kudede kaudu liiguvad.

Aasia ja Euroopa süsinikorgaaniliste rajatiste varased tulemused - Põhja-Ameerikas pole praegu ühtegi - näitavad, et veelgi täpsema tarne ja muude bioloogiliste eelistega süsinikioonide sisaldus võib olla isegi prootonitest tõhusam. Brookhaven / Best meditsiiniline disain pakub paindlikkust töötlemisel, kasutades kas osakeste tüüpi, koos muude täiustustega, sealhulgas operatiivse lihtsuse ja vähendatud magnetiga võrreldes teiste süsinikku sisaldavate töötlemisrajatistega.

"Selle esimese magnetkomplekti, kumera serva, millel on kolm täispikkust ja kaks poolpikkust magnetit, katsetamine on esimene samm selle uudse kiirendaja prototüübi ülesehitamisel, " ütles Brookhaven Labi kiirendusfüüsik Stephen Peggs, disaini ja peamise uurija koostöö ja uurimis- ja arenduskokkuleppe (CRADA) vahel Lab ja Best Medical vahel. Katsetamine kestab umbes kuus kuud. Kui kõik läheb hästi, tellib meeskond samadele spetsifikatsioonidele valmistatud veel viis magnetkomplekti ja seejärel alustage prototüübi kiirendi ehitamist Parimad meditsiinitehase lähedal Pitsburgi, Pennsylvanias.

"Eesmärk on rakendada tehnoloogiat meditsiinilistele rajatistele, et teha süsinikdioksiidi ja teiste osakeste teraapiaravi uuringuteks ja patsientide raviks kättesaadavaks, " ütles Best Medicali konsultant Joseph Lidestri.

Parimad meditsiinialased teadusuuringute ja arenduse direktor Manny Subramanian lisas: "On huvitav teha koostööd Brookhaven Labi ekspertidega, et töötada välja see ainulaadne seade, mis on potentsiaalselt kasulik vähihaigete ravimisel kogu maailmas tõhusalt."

Kiire tulekahjuriga ravi

IRCMSi määratlevaks tunnusjooneks on kiire tsükkel. Viisteist korda sekundis suurendab toiteallikas voolu korduvat ja reprodutseeritavat kiirust. Hulk osakesi saab sünkroniseeritud tõukejõu üks kord käigu kohta - nagu laps lükatakse energiat ülespoole pöörlevas suunas, kui kamp liigub jalgrattaga kiirendaja ümber. Õige ajal, kui hunnik on saavutanud just õige energia - see ekstraheeritakse ja saadetakse patsiendile teritusliini.

Kiirgeneraatori tsükliline muutus võimaldab operaatoritel kiirguse kiirust igas energiakandmises ekstraheerida, isegi erineva energiaga iga järjestikuse tsükli korral, muutes ekstraheerimise ajastust. Kuna kiirgeneraator määrab, kui kaugele patsiendini tungivad osakesed enne nende tuumori surmava energia ladestamist, annab see paindlikkus energia valimiseks, mis annab arstidele täpse kontrolli kiirgusdooside saamisel.

"Arvestades iRCMS-i, on arstid võimelised täpselt manustama väiksemaid individuaalseid annuseid ja väga kiiresti muutma süstimist, millega doos väljastatakse, et suunata kogu kasvaja mahtu, " ütles Lidestri. Peggs leevendab seda, et ta tarnib paljude väikeste piltide kiiret tulekahju, selle asemel, et asetada üks suur purkkall, mille abil on võimalik hoida neid väikeseid "täppeid" täpselt seal, kus neid soovite.

Kiire tsirkulatsioon tähendab ka seda, et vähem osakesi tuleb ükskõik kus tsirkulatsioonil. See suurendab ohutust ja on ka teisi eeliseid, sealhulgas võimet ehitada kiirendus väiksemate magnetete abil.

Väga väikesed magnetid

Brookhaveni äsja saabunud kaarekujuline magnetkomplekt on veidi üle 17 meetri pikkune, kusjuures iga magnetiga on umbes 2 meetrit lai ja 14 tolli kõrgune. Brookhaveni füüsikud Dejan Trbojevic ja Wuzheng Meng ning insenerid Joseph Tuozzolo ja Chris Cullen on need magnetid kombineeritud funktsiooniks - mõlemad painutavad kumerat kiirendaja ratsutraadi lõpus olevat kõverat rada ja vahelduvalt kiirust fokuseerivad ja fokuseerivad. See "vahelduva gradiendi" disain imiteerib Brookhaveni kuulsale vahelduv-gradiendi sünkrotroonile (AGS) esmakordselt kasutatavat tugevat fookustuvuse kontseptsiooni ning seda kasutatakse nüüd kiirendusrakendustes kogu maailmas.

"Magnetite stringi kasutamine, mis horisontaal- ja vertikaalsuunas vaheldumisi fokuseerib ja fokuseerib kiirtuli, hoiab piigi väikest, nii et magnetites võib olla väike ava ja kogu kiirendus võib olla suhteliselt väike, " ütles Meng.

See kiirendaja suuruse langus on oluline mitmesugustel põhjustel, kaasa arvatud vähem elektritarbimise nõudmine, vähem kaalumine ja väiksema üldise jalajälje kasutamine, kusjuures viimased kaks tegurit vähendavad haigla tiibi ehitamise maksumust sellise rajatise sisustamiseks.

Kuid need mini-magnetid peavad ikkagi olema piisavalt võimas, et painutada süsinikioonide piire. "Süsinikioonid on peaaegu kolm korda raskem painutada kui prootonid, " ütles parima meditsiini füüsik JK Kandaswamy. "See muudab veelgi olulisemaks magnete suuruse ja kaalu vähendamise."

Iga magnet on valmistatud paljudest lamineeritud terasest ristlõikelistest kihtidest, mis on kujundatud täpselt, et saada soovitud väljad fokuseerimiseks, nefunktsiooniks ja talade painutamiseks. Iga kiht tuleb projekteerida Brookhaveni meeskonna määratud täpsusstandardite järgi ja kokku panna laminaat isolatsiooniga kihtide vahel, et purustada potentsiaalselt kahjustavad pöörisvoolud, mis tekivad terasest ennast. Väikesed vead kuju, paksuse ja kihtide joondamisel võivad põhjustada suuri muutusi magnetvälja kvaliteedis.

"Kuna magnetid on kombineeritud funktsionaalsusega ja kiirenduste tsüklitega tekkivad väljad kiiresti muutunud, vajasime maailmaklassi pädevusega inimesi, et testida seda esimest kokkupanekut, " ütles Lidestri.

Kohandatud katsetamine

Meeskond pöördus Brookhaveni ülijuhtivate magnetite osakonna maailmakuulsate teadmiste poole. Seal täidavad füüsik Animesh Jain ja insener Piyush Joshi mitmeid füüsika- ja insenerimõõtmisi. Nad kavandavad spetsiaalset seadet, mis mõõdab magnetvälju - kui suur magnetväli tekitab magnetid, mille ruumiline kvaliteet on teatud koguses voolu.

"Pind ei ole sama kui liigute magnetiga, " ütles Jain. "Mõni raudosa näeb kõrgemat välja ja mõned näevad madalamat välja." Põllu sujuv muutus on see, mis tekitab fokuseerimise, kuid põllu kvaliteet - pehmus - peaks jääma magneti tsükliga püsima.

Kõigi nende efektide testimist raskendab magnetite kumer kuju ja ava väike suurus, mille kaudu talad liiguvad. Sirgedes magnetites asetseb meeskond tavaliselt silindrilise proovivõtturiga ja pöörleb seda, et mõõta magnetide välja tugevuse ja kvaliteedi muutusi. Selle töö puhul "pidi me kujundama kõverat sonde, " ütles Jain.

Õnneks muudab magnetid jalgrattajoonis välja, kõrvaldades vajaduse kohandatud sondi pööramiseks - mis oleks olnud võimatu. "Siiski peame mõõtma välja mitmel pool avaarvu, nii et me teame, kui sujuvalt väli muutub ja kui järjekindel see on, " ütles Jain. "Pöörde- ja fookustamisfunktsioonide kombinatsioon muudab põllu sõltuvaks proovivõtturi paigutusest, nii et instrument peab olema väga täpselt joondatud."

Praegu katsetab meeskond iga fokuseerivat ja fokuseerimata magnetit tugirataste komplekti individuaalselt. Samuti tehakse katsed kõige kaasaegsemate toitesüsteemide ja paljude teiste kiirendaja magnetid.

"Lõppkokkuvõttes peame olema kindlad, et need komponendid töötavad kõik koos, et nad töötaksid kiirendajatena: kuidas täiuslik muusika genereeritakse harmoonilise ja sünkroniseeritud orkestri vahendite abil, mis on tehtud dirigentide tsentraliseeritud, "Ütles Josh.

Brookhavenis toimuvat iRCMSi arendamist ja testimist rahastab täielikult Best Medical International. Kuid selle projekti taga olev tehnoloogia on otsene väljakasv Ameerika Ühendriikide energeetikaministeeriumi pikaajalise toetuse baasfüüsika uurimisele. Said Peggs: "On ergutav ja rahuldustundlikum, et muuta samad tehnikad ja ideed teistsuguseks väljakutseks."

menu
menu