Summary
تصف هذه الوثيقة بروتوكولا جديدا لقياس الجرعات لإشعاعات الخلايا باستخدام معدات الأشعة السينية منخفضة الطاقة. يتم إجراء القياسات في ظروف تحاكي ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية قدر الإمكان.
Abstract
إن أهمية بروتوكولات ومعايير قياس الجرعات للدراسات البيولوجية الإشعاعية أمر بديهي. وقد اقترحت عدة بروتوكولات لتحديد الجرعة باستخدام مرافق الأشعة السينية منخفضة الطاقة، ولكن تبعا لتكوينات التشعيع أو العينات أو المواد أو نوعية الحزمة، يصعب في بعض الأحيان معرفة البروتوكول الأنسب لاستخدامه. ولذلك، نقترح بروتوكولا لقياس الجرعات لإشعاعات الخلايا باستخدام مرفق الأشعة السينية منخفض الطاقة. والهدف من هذه الطريقة هو إجراء تقدير الجرعة على مستوى أحادي الطبقة الخلية لجعلها أقرب ما يمكن إلى ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية. الخطوات المختلفة للبروتوكول هي على النحو التالي: تحديد معلمات الإشعاع (الجهد العالي ، الكثافة ، حاوية الخلية وما إلى ذلك) ، تحديد مؤشر جودة الحزمة (ثنائي طبقة نصف قيمة الجهد العالي) ، قياس معدل الجرعة مع غرفة التأين معايرة في ظروف كيرما الهواء ، تحديد كمية التوهين وتشتت وسط ثقافة الخلية مع أفلام EBT3 المشعة ، وتحديد معدل الجرعة على المستوى الخلوي. يجب أن يتم تنفيذ هذه المنهجية لكل تكوين تشعيع خلية جديدة كما تعديل معلمة واحدة فقط يمكن أن تؤثر بقوة على ترسب الجرعة الحقيقية على مستوى أحادي الخلية، لا سيما التي تنطوي على انخفاض الطاقة الأشعة السينية.
Introduction
والهدف من البيولوجيا الإشعاعية هو إقامة روابط بين الجرعة المسلمة والآثار البيولوجية؛ قياس الجرعات هو جانب حاسم في تصميم التجارب البيولوجية الإشعاعية. لأكثر من 30 عاما ، تم تسليط الضوء على أهمية معايير قياس الجرعات ومواءمة الممارسات1و2و3و4و5. لإنشاء مرجع معدل الجرعة، توجد عدة بروتوكولات6،7،8،9،10؛ ومع ذلك، كما هو مبين من قبل Peixoto وأندريو11، يمكن أن يكون هناك اختلافات تصل إلى 7٪ اعتمادا على كمية الجرعات المستخدمة لتحديد معدل الجرعة. وعلاوة على ذلك، حتى لو كانت هناك بروتوكولات، فإنه من الصعب في بعض الأحيان معرفة البروتوكول الأكثر ملاءمة لتطبيق معين، إن وجد، لأن معدل الجرعة للخلايا يعتمد على معلمات مثل حاوية الخلية أو كمية وسائط ثقافة الخلية أو جودة الحزمة، على سبيل المثال. التشتت والتشتت الخلفي لهذا النوع من الإشعاع هو أيضا معلمة مهمة جدا أن تأخذ في الاعتبار. في الواقع ، بالنسبة للأشعة السينية منخفضة ومتوسطة الطاقة ، في البروتوكول المرجعي AAPM TG-6110، يتم قياس الجرعة الممتصة في الماء على سطح شبح الماء. مع الأخذ في الاعتبار ظروف تشعيع الخلايا المحددة للغاية ، فإن الحجم الصغير لوسائط ثقافة الخلية المحاطة بالهواء أقرب إلى ظروف kerma من تلك المحددة لجرعة ممتصة مع شبح مكافئ كبير للمياه كما هو الحال في بروتوكول TG-61. لذلك، اخترنا استخدام كيرما في الماء ككمية الجرعات كمرجع بدلا من الجرعة الممتصة في الماء. وبالتالي، فإننا نقترح نهجا جديدا لتوفير تحديد أفضل للجرعة الفعلية التي يتم تسليمها إلى الخلايا.
وعلاوة على ذلك، هناك جانب آخر حاسم بالنسبة للدراسات البيولوجية الإشعاعية وهو الإبلاغ الكامل عن الأساليب والبروتوكولات المستخدمة في التشعيع من أجل التمكن من إعادة إنتاج النتائج التجريبية وتفسيرها ومقارنتها. في عام 2016، سلط بيدرسن وآخرون12 الضوء على عدم كفاية الإبلاغ عن قياس الجرعات في الدراسات البيولوجية الإشعاعية قبل السريرية. وأبرزت دراسة حديثة أكبر من دريغر وآخرون13 أنه على الرغم من الإبلاغ عن بعض معلمات قياس الجرعات مثل الجرعة أو الطاقة أو نوع المصدر، فإن جزءا كبيرا من معلمات الفيزياء وقياس الجرعات الضرورية لتكرار ظروف التشعيع بشكل صحيح مفقودة. ويبين هذا الاستعراض الواسع النطاق، الذي شمل أكثر من 000 1 منشور يغطي السنوات العشرين الماضية، نقصا كبيرا في الإبلاغ عن حالات الفيزياء وقياس الجرعات في الدراسات البيولوجية الإشعاعية. وبالتالي، فإن الوصف الكامل للبروتوكول والأسلوب المتبع في الدراسات البيولوجية الإشعاعية إلزامي من أجل إجراء تجارب قوية وقابلة للاستنساخ.
ومع مراعاة هذه الجوانب المختلفة، بالنسبة للتجارب البيولوجية الإشعاعية التي أجريت في معهد الحماية من الإشعاع والسلامة النووية، تم تنفيذ بروتوكول صارم لإشعاعات الخلايا في مرفق لتقويم الأعصاب. تم تصميم بروتوكول قياس الجرعات هذا لمحاكاة ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية قدر الإمكان ، وبالتالي ، لتحديد الجرعة الفعلية التي يتم تسليمها إلى الخلايا. وتحقيقا لهذه الغاية، يتم سرد جميع معلمات التشعيع، وتم تقييم مؤشر جودة الحزمة من خلال قياس طبقة القيمة النصفية (HVL) التي تم إجراء بعض التعديلات عليها حيث لا يمكن اتباع التوصيات القياسية من بروتوكول AAPM10. ثم تم إجراء قياس معدل الجرعة المطلقة مع غرفة التأين داخل حاوية الخلية المستخدمة في تشعيع الخلايا ، وتم أيضا قياس التوهين وتشتت وسائط ثقافة الخلية مع أفلام EBT3 المشعة. وبما أن تعديل معلمة واحدة فقط من البروتوكول يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تقدير الجرعة، يتم إجراء قياس جرعات مخصص لكل تكوين تشعيع للخلايا. وعلاوة على ذلك، يجب حساب قيمة HVL لكل تركيبة فلتر الجهد. في هذا العمل الحالي ، يتم استخدام جهد 220 كيلو فولت ، وكثافة 3 mA ، وترشيح متأصل وإضافي من 0.8 مم و 0.15 مم من البريليوم والنحاس ، على التوالي. يتم اختيار تكوين تشعيع الخلية على قارورة T25، حيث تم تشعيع الخلايا ب 5 مل من وسائط ثقافة الخلية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. منصة التشعيع وتحديد معلمات التشعيع
- استخدم منصة تشعيع توفر أشعة سينية منخفضة إلى متوسطة الطاقة. تحديد معلمات التجربة لضمان متانة وقابلية استنساخ التجربة البيولوجية الإشعاعية: الجهد العالي، الكثافة، الترشيح (المتأصلة والإضافية)، طبقة القيمة النصفية (HVL)، الطاقة الفعالة، الكاشف المستخدم لقياس قياس الجرعات، مسافة عينة المصدر (SSD)، حقل الإشعاع (الشكل والحجم والهندسة)، كمية قياس الجرعات، طريقة قياس الجرعات، معدل الجرعة، حاوية الخلية وكمية وسائط ثقافة الخلايا. يتم إعطاء كافة المعلمات المستخدمة في هذا البروتوكول في الجدول 1.
2. مؤشر جودة الحزمة: تحديد طبقة القيمة النصفية
ملاحظة: يتم تعريف HVL على أنه سمك الموهون (عادة النحاس أو الألومنيوم) لتقليل كثافة الحزمة بعامل اثنين مقارنة بالقيمة الأصلية.
- إعداد المعدات (الدعم، collimator، الحجاب الحاجز، التأين) داخل الضميمة التشعيع باتباع التعليمات الواردة في الشكل 1. لا يتم استخدام أي مواد مخففة في هذه الخطوة.
- تأكد من صحة جميع المسافات التي تم الإبلاغ عنها في الشكل 1. قياس هذه مع قياس الشريط.
- ضع حجرة التأين في الموضع الأفقي. لهذا العمل، استخدمنا 31002 (ما يعادل 31010) غرفة التأين أسطواني معايرة في كيرما الهواء.
- قبل تشعيع غرفة التأين لمدة 5 دقائق وقياس الخلفية (يمكن تنفيذ هذه الخطوة دون collimator).
- إجراء 10 قياسات من 1 دقيقة لكل في وضع جمع المسؤول المقابلة لقيمةالخام M (في كولومبس).
- خذ درجة الحرارة والضغط مع المعدات المعايرة المناسبة الموضوعة داخل حاوية التشعيع في حالتنا (إذا لم يكن ذلك ممكنا ، ضعها بالقرب من التجربة). تصحيح القراءةالخام M على الكهربائي من قبل عامل تصحيح درجة الحرارة والضغط نظرا على النحو التالي:
حيث: T (°C) و P (hPa) هي درجة الحرارة الفعلية والضغط، على التوالي. Tالمرجع وPالمرجع هي درجة الحرارة المرجعية والضغط عندما تم معايرة التأين من قبل مختبر المعايير. يجب قياس الضغط ودرجة الحرارة بأدوات معايرة. القيمة التي تم الحصول عليها في وضع الشحن هي متوسط القيمة المرجعية M (بالكولومب).
ملاحظة: هذه الخطوة ليست ضرورية تماما لقياس HVL، ولكن من المستحسن. - وضع مخفف من سمك معين فوق الحجاب الحاجز. تتكون مجموعة HVL من رقائق بسماكة مختلفة (0.02 و0.05 و0.1 و0.2 و0.5 و1 و2 و5 و10 مم من النحاس) مع بعد يسمح بتغطية الحزمة بأكملها (80 × 80 مم هنا).
- اتخاذ قياس 1 دقيقة (Mالخام تصحيحها من قبل KT، P كما هو موضح من قبل).
- إذا تم تقسيم معدل الجرعة على عامل 2 فيما يتعلق بقيمة البداية ، يتم العثور على قيمة HVL. خذ 5 قياسات من 1 دقيقة لتقدير متوسط معدل الجرعة.
- إذا لم يتم تقسيم معدل الجرعة على عامل 2 فيما يتعلق بقيمة البداية ، قم بزيادة أو تقليل سمك الموهون واتخاذ قياس آخر. ضبط سمك الموهون حسب الضرورة.
- بمجرد العثور على سمك الموهون الذي يقلل من كثافة الحزمة بواسطة عامل اثنين ، خذ 5 قياسات من دقيقة واحدة لتأكيد HVL.
ملاحظة: في معظم الحالات، لا يمكن العثور على السماكة الدقيقة للموهين من رقائق المتاحة. في هذه الحالة، المضي قدما عن طريق القسمة والإنتربول على HVL.
3. تقييم مجال التشعيع (لا تقدير الجرعة)
- وضع فيلم EBT3 على الدعم المستخدم للتشعيع.
- تشعيع هذا الفيلم للحصول على حقل تشعيع ملحوظ جيدا (على الأقل 2 Gy).
- قم بمسح فيلم EBT3 ضوئيا باستخدام ماسح ضوئي مخصص.
- رسم ملف تعريف الجرعة باستخدام Image J باستخدام الخيار تحليل ثم رسم الملف الشخصي ( الشكل2).
- تحديد حجم استخدام حقل التشعيع للتشعيع (منطقة متجانسة، باستثناء مناطق penumbra، انظر الشكل 2).
- وضع علامات على الدعم المستخدم للتشعيع للتأكد من أن حاوية الخلية في الموضع الصحيح.
ملاحظة: في هذه الخطوة، يتم تحديد حجم حقل الإشعاع، ولا يتم تقدير الجرعة. ويعطى الإجراء الكامل لقراءة الأفلام وتحليلها في القسم 5. أيضا، خذ الهوامش لتجنب الأخطاء بسبب وضع حاوية الخلية.
4. قياس معدل الجرعة مع غرفة التأين
- تأخذ حاوية الخلية وكسر جزء صغير على الجانب أو في الجزء السفلي (اعتمادا على حاوية معينة وغرفة التأين المستخدمة) لتكون قادرة على وضع غرفة التأين داخل (الشكل 3، القسم العلوي) أو أدناه (الشكل 3، القسم السفلي) الحاوية. وترد الأمثلة في الشكل 3 مع غرف التأين المختلفة (أسطواني أو موازية الطائرة) وحاويات الخلية. في هذه الحالة، تم استخدام قارورة T25 (الشكل 3، المربع الأحمر).
ملاحظة: الحديد لحام أو مشرط ساخنة هو بديل جيد لجعل ثقوب في الأواني البلاستيكية - ضع الحاوية داخل الحاوية على الدعم المستخدم للتشعيع (صفيحة الكربون هنا).
- ضع غرفة التأين في الحاوية(الشكل 3، المربع الأحمر) ، في الموضع الصحيح وربطها بالكهربائية.
- تأكد من أن جميع معلمات التشعيع المدرجة في القسم 1 صحيحة (الجهد العالي والكثافة والترشيحات الإضافية والمسافة عينة المصدر ، وما إلى ذلك).
- قبل تشعيع غرفة التأين لمدة 5 دقائق وأداء التصفير من الكهربائي.
- خذ 10 قياسات من 1 دقيقة لتحديد متوسط معدل الجرعة في كيرما الهواء (Gy.min-1). حساب تحديد معدل الجرعة فيالهواء K على النحو التالي:
حيث M هو قراءة مقياس الجرعة تصحيحها من قبل درجة الحرارة، والضغط، وتأثير القطبية، وإعادة تركيب الأيونات، ومعايرة الكهربائي. NKair و Kq هما عاملا المعايرة والتصحيح لجودة الإشعاع، حيث تكون قيمهما محددة لكل غرفة تأين.
5. قياس توهين وسائل الإعلام ثقافة الخلية وتشتت
ملاحظة: التعامل مع أفلام EBT3 مع قفازات طوال العملية.
- إعداد التجربة
- قطع قطع صغيرة من أفلام EBT3 على الأقل 24 ساعة قبل التشعيع.
- حدد حجم الأفلام كدالة للحاوية الخلوية المستخدمة في تجارب البيولوجيا الإشعاعية (4 × 4 سم لقارورة T25، على سبيل المثال).
قطع مجموعتين من الأفلام المشعة: مجموعة واحدة لمنحنيات المعايرة تتألف من ثلاث قطع من الفيلم EBT3 المشع بالجرعة أو نقطة زمنية (تسع نقاط في المجموع لهذا العمل) ؛ ومجموعة واحدة للقياس الكمي للتوهين وسائل الإعلام ثقافة الخلية، أيضا ثلاث قطع لكل نقطة. - ترقيم جميع الأفلام لتحديد الهوية (الزاوية العلوية اليمنى هنا) ومسحها ضوئيا على نفس الموضع على الماسح الضوئي.
- أبقي الأفلام بعيدة عن الضوء
- إعداد حاوية الخلية المستخدمة لقياسات الفيلم EBT3، وإذا لزم الأمر، وقطع جزء لوضع الفيلم داخل (مثال مع T25 وترد في الشكل 4).
- تقدير معدل الجرعة
- قياس معدل الجرعة للتكوين كما هو موضح في القسم السابق.
- الحفاظ على هذا التكوين في مكان لإشعاع الأفلام EBT3 المشع واستخدام نفس النوع من حاوية الخلية.
- بناء منحنى المعايرة
- خذ أفلام EBT3 مسبقة القطع لمنحنى المعايرة.
- لا تشعع ثلاث قطع (0 Gy).
- وضع الفيلم الأول داخل حاوية الخلية، في نفس التكوين كما لإشعاع الخلية.
- تشعيعه للحصول على نقاط الجرعة الأولى.
- كرر هذه العملية للحصول على ثلاث قطع من أفلام EBT3 المشععة بنفس الجرعة.
- تنفيذ هذا لكل نقطة جرعة (تسع نقاط الجرعة في هذا العمل (0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 2.5, و 3 Gy) كما هو موضح في الشكل 5).
- تقييم توهين وسائل الإعلام ثقافة الخلية والتشتت.
- اختار نفس وقت التشعيع لجميع التشعيعات (60 s، على سبيل المثال).
- تشعيع ثلاث قطع من أفلام EBT3 في الحاوية دون ماء.
- تشعيع ثلاث قطع من أفلام EBT3 في الحاوية بالماء على النحو التالي.
- ضع الفيلم داخل الحاوية.
- ملء الحاوية مع الكمية الدقيقة من المياه لتمثيل وسائل الإعلام ثقافة الخلية (5 مل هنا). استخدام قطع صغيرة من الشريط إذا كانت الأفلام لا تبقى مغمورة بشكل صحيح.
- ضع حاوية الخلية داخل الحاوية وتأكد من أن الفيلم مغمور بشكل صحيح.
- عندما يكتمل التشعيع، خذ أفلام EBT3، وجففها بورق ماصة، وخزنها بعيدا عن الضوء.
6. قراءة أفلام EBT3 المشعة
- قراءة أفلام EBT3 على الأقل 24 ساعة بعد التشعيع.
- قم بمسح الأفلام ضوئيا على ماسح ضوئي مخصص.
- تعيين المعلمات الماسح الضوئي على النحو التالي: 48 بت تنسيق tiff الأحمر والأخضر والأزرق، 150 نقطة في البوصة في وضع الإرسال، وليس تصحيح الصورة.
- قم بإجراء عملية إحماء للماسح الضوئي على النحو التالي.
- ضع فيلما غير مشع على الماسح الضوئي.
- قم بتشغيل معاينة الفحص.
- إطلاق جهاز توقيت والانتظار لمدة 30 ثانية.
- تشغيل المسح الضوئي.
- في نهاية الفحص، قم بتشغيل مؤقت، وانتظر لمدة 90 ثانية.
- في الوقت نفسه ، قم بتسجيل المسح الضوئي ، وفتح الصورة باستخدام ImageJ ، وتتبع عائد استثمار مربع (دائما بنفس الحجم وفي نفس الموضع) ، واتخاذ قياس متوسط مستوى البكسل الأحمر للمنطقة.
- في نهاية 90 s، كرر الإجراء من الخطوة 2 (دون لمس الفيلم داخل الماسح الضوئي).
- كرر ذلك 30 مرة على الأقل لتسخين الماسح الضوئي وتثبيته (لا توجد اختلافات في متوسط مستوى البكسل الأحمر للمنطقة المحددة في الأفلام غير المشععة). إذا لم يتم تثبيت الماسح الضوئي، أي متوسط قيمة البكسل الأحمر، تابع الإجراء.
- مسح أفلام EBT3
- ضع الفيلم الأول في وسط سرير الماسح الضوئي. تعيين منطقة لوضع الفيلم دائما في نفس المكان وفي نفس الاتجاه.
- قم بتشغيل معاينة الفحص.
- إطلاق جهاز توقيت والانتظار لمدة 30 ثانية.
- تشغيل المسح الضوئي.
- في نهاية الفحص، قم بتشغيل مؤقت، وانتظر لمدة 90 ثانية. خلال هذه 90 s تغيير الفيلم EBT3.
ملاحظة: تم إجراء تحليل للأفلام المشعة EBT3 باستخدام برنامج C++ مبرمج ذاتيا. يمكن استخدام أساليب مختلفة لتحليل الفيلم EBT3، مثل طريقة القناة الحمراء أو طريقة القنوات الثلاث14،15. في هذه الحالة ، استخدمنا طريقة القناة الحمراء دون طرح الخلفية ، وتم تحويل الصور إلى كثافات بصرية ثم إلى الجرعة باستخدام برنامجنا. بما أن هذه الطريقة محددة بشكل جيد بالفعل ، لم يتم تضمين برنامج C ++ هنا. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضا استخدام برنامجمخصص 16 لتحليل الفيلم EBT3.
7. تحديد معدل الجرعة على مستوى أحادي الخلية
- تحويل متوسط معدل الجرعة التي تم الحصول عليها مع غرفة التأين تصحيحها عن طريق التوهين وتشتت وسائل الإعلام ثقافة الخلية (K) إلى kerma المياه باستخدام نسبة متوسط معامل امتصاص الطاقة الشامل للمياه إلى الهواء تقييمها على الطيف الفوتون فلونس (μen/ρ).
تم استخدام برنامج مخصص17 لحساب طيف طاقة الفوتون في الهواء بدون شبح ، واستخدمنا الجدول NIST18 لحساب متوسط معامل امتصاص الطاقة الجماعية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
في هذا العمل ، استخدمنا منصة مخصصة لتشعيع الحيوانات الصغيرة19؛ ومع ذلك، يمكن استخدام هذه المنصة لإشعاع أنواع أخرى من العينات مثل الخلايا. مصدر التشعيع هو أنبوب الأشعة السينية فاريان (NDI-225-22) وجود الترشيح المتأصلة من 0.8 ملم من البريليوم، وحجم الرياضة المحورية كبيرة من 3 ملم، ومجموعة الجهد العالي من حوالي 30 إلى 225 كيلو فولت وكثافة قصوى من 30 mA.
يتم الإبلاغ عن المعلمات المستخدمة لهذه الدراسة في الجدول 1. لقد اخترنا أن نظهر مثالا على استخدام هذا البروتوكول لتشعيع الخلايا في قارورة T25 مع 5 مل من وسائط ثقافة الخلية.
طبقة نصف القيمة
ويفيد الجدول 2 بأن القياسات التي أجريت لتقدير سمك الواهية اللازمة لتقليل كثافة الشعاع بعامل اثنين. لهذا، تم أخذ 10 قياسات مرجعية لتقدير متوسط القراءةالخام M على مقياس كهربية (في كولومبس)، وتصحيحها من قبل عامل تصحيح درجة الحرارة والضغط (KT، P).
ثم تم اختبار سماكة مختلفة من الواهية للعثور على سمك التي خفضت كثافة شعاع بعامل اثنين. عندما تم العثور على هذا السمك، تم أخذ خمسة قياسات لتقييم متوسط القيمةالخام M تصحيحها من قبل KT، P.
لهذا التكوين، تم العثور على طبقة نصف قيمة 0.667 مم من النحاس. من قياس HVL ، يمكننا حساب الطاقة الفعالة للشعاع ، وهو حوالي 69 كيلوفولت في حالتنا.
قياس معدل الجرعة
قبل هذه القياسات ، تم تشعيع فيلم EBT3 من أجل تحديد السطح الذي يكون فيه حقل الإشعاع متجانسا ، مما يسمح لنا بوضع حاوية الخلية بشكل صحيح. تبلغ مساحة هذه المنطقة حوالي 10 × 10 سم مربع باستثناء مناطق penumbra الموضحة بخطوط منقطة في الشكل 2. ثم، تم إجراء قياس معدل الجرعة باستخدام 31002 (ما يعادل 31010) غرفة التأين الأسطواني معايرة في كيرما الهواء. لهذا التكوين، مع حقل تشعيع حقل مفتوح في 35 سم إلى المصدر في حاوية الخلية T25 وضعت على لوحة الكربون، وكان معدل الجرعة حوالي 0.626 Gy.min-1 فيالهواءK .
لتحديد الجرعة الدقيقة على الخلايا ، تم تحويلالهواء K المقاس في كيرما الماء. الشكل 5 يظهر الطيف الطاقة الأشعة السينية التي تم الحصول عليها مع برنامج مخصص17. من هذا الطيف الطاقة والجدول NIST، يمكننا تحويل معدل الجرعة فيالهواء K إلىK المياه،الذي كان 0.659 Gy.min-1.
وكان عدم اليقين العام لقياس معدل الجرعة المطلقة حوالي 3٪ عند مستوى الثقة 95٪.
توهين وسائل الإعلام ثقافة الخلية وتشتت
من أجل القياس الكمي لتوهين وسائل الإعلام ثقافة الخلية والتشتت، تم إجراء قياسات قياس الجرعات مع الأفلام EBT3 المشعة في درجة حرارة الغرفة. من القياس مع غرفة التأين ، تم تحديد معدل الجرعة. ثم تم تشعيع أفلام المعايرة في نفس الوضع. تم معايرة أفلام EBT3 المشعة بين 0 و 3 Gy مع خطوات 0.25 Gy بين 0 و 1 Gy و 0.5 Gy بين 1 و 3 Gy (تسع نقاط جرعة لبناء منحنى المعايرة) كما هو موضح في الشكل 6. تم تزويد نقاط الجرعة بمنحنى متعدد الحدود من الدرجةالرابعة. ثم تم تشعيع أفلام EBT3 مع وبدون الكمية الدقيقة لوسائط ثقافة الخلية داخل حاوية الخلية لتقييم التوهين والتشتت بسبب وسائط ثقافة الخلية. لهذا التكوين، كان توهين وسائط ثقافة الخلية حوالي 1.5٪.
كان عدم اليقين العام لقياسات أفلام EBT3 حوالي 4٪ عند مستوى ثقة 95٪.
القياسات الروتينية
قبل إجراء تشعيعات الخلايا، تم قياس معدل الجرعة في كل مرة في نفس الحاوية المستخدمة للتشعيع. وهكذا، استخدمنا معدل الجرعة اليومية لتقدير وقت التشعيع. إذا اتبعنا البروتوكول عن كثب ولم نغير أي معلمات ، فإن قياس HVL والتوهين بسبب وسائط ثقافة الخلية لا تحتاج إلى تكرار. وكمثال على ذلك، يتم إعطاء الجدول المستخدم للقياس اليومي في الجدول 3.
الشكل 1: يتم تنفيذ مخطط التكوين على حاوية SARRP لقياسات HVL. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تقييم حجم حقل الإشعاع. الجرعة الشخصية التي تم الحصول عليها في 35 سم إلى المصدر دون collimator. تظهر الخطوط المنقطة المنطقة التي تم النظر فيها للتشعيع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: صور لحاويات الخلايا مع غرفة التأين لقياس معدل الجرعة. الجزء العلوي: مثال للقياس مع غرفة تأين أسطواني 31002. الجزء السفلي: مثال للقياس مع غرفة تأين TM23342. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: صور من T25 المستخدمة لقياس توهين وسائل الإعلام ثقافة الخلية. تم قطع الجزء العلوي من T25 لتكون قادرة على وضع الفيلم داخل القارورة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: محاكاة أطياف الطاقة ل220 كيلو فولت الجهد العالي مع 0.8 مم من Be و 0.15 مم من Cu الترشيح17 . يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: تشعيع أفلام EBT3 لبناء منحنى المعايرة ومنحنى المعايرة المقابل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| الجهد العالي (كيلو فولت) | 220 |
| كثافة (mA) | 3 |
| عمليات الترشيح (متأصلة وإضافية) | 0.8 مم من Be + 0.15 مم Cu |
| طبقة نصف القيمة (مم Cu) | يحدد أدناه |
| طاقة فعالة (كيلوفولت) | يحدد أدناه |
| كاشف المستخدمة | غرفة التأين الأسطواني + أفلام EBT3 المشعة |
| مسافة عينة المصدر | 35 سم |
| حقل التشعيع (الشكل والحجم والهندسة) | حقل مفتوح (بدون كوليماتور)، مربع، 20 × 20 سم |
| كمية قياس الجرعات | كير وكووتر |
| أسلوب قياس الجرعات | كما هو موضح في قسم البروتوكول |
| حاوية الخلية | T25 |
| كمية وسائط ثقافة الخلية | 5 مل |
| معدل الجرعة (Gy/min) | يحدد أدناه |
الجدول 1: قائمة ببارامترات التكوين.
| مخفف (مم Cu) | مقياس IC (nC) | درجة الحرارة (°C) | الضغط (hPa) | كT.P | مقياس IC الذي تم تصحيحه بواسطة kT.P (nC) | القيمة المتوسطة المصححة (nC) | انحراف ST | تقدير التوهين (M / Mref) | |
| القياسات المرجعية (Mref) | 0 | 10.480 | 21.6 | 993.2 | 1.026 | 10.752 | 10.761 | 0.005 | - |
| 10.480 | 21.6 | 993.1 | 1.026 | 10.752 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.1 | 1.026 | 10.763 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.1 | 1.026 | 10.763 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.2 | 1.026 | 10.763 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.2 | 1.026 | 10.763 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.1 | 1.026 | 10.763 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.2 | 1.026 | 10.763 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.2 | 1.026 | 10.763 | |||||
| 10.490 | 21.6 | 993.1 | 1.026 | 10.763 | |||||
| العثور على سمك التوهين (M) | 0.514 | 5.840 | 21.7 | 993.2 | 1.026 | 5.992 | - | - | 0.557 |
| 0.564 | 5.651 | 21.7 | 993.2 | 1.026 | 5.798 | - | - | 0.539 | |
| 0.584 | 5.569 | 21.7 | 993.2 | 1.026 | 5.714 | - | - | 0.531 | |
| 0.604 | 5.491 | 21.7 | 993.2 | 1.026 | 5.634 | - | - | 0.524 | |
| 0.615 | 5.441 | 21.7 | 993.2 | 1.026 | 5.582 | - | - | 0.519 | |
| 0.627 | 5.380 | 21.7 | 993.2 | 1.026 | 5.520 | - | - | 0.513 | |
| 0.647 | 5.307 | 21.7 | 993.2 | 1.026 | 5.445 | - | - | 0.506 | |
| 0.667 | 5.240 | 21.8 | 993.2 | 1.026 | 5.376 | - | - | 0.500 | |
| التقييس مع الموهون الأيمن (M) | 0.667 | 5.231 | 21.8 | 993.4 | 1.026 | 5.368 | 5.373 | 0.003 | 0.499 |
| 0.667 | 5.236 | 21.8 | 993.1 | 1.026 | 5.375 | ||||
| 0.667 | 5.235 | 21.8 | 993.2 | 1.026 | 5.373 | ||||
| 0.667 | 5.236 | 21.8 | 993.2 | 1.026 | 5.374 | ||||
| 0.667 | 5.235 | 21.8 | 993.3 | 1.026 | 5.373 |
الجدول 2: قياس تحديد طبقة القيمة النصفية.
| مقياس IC (nC) | درجة الحرارة (°C) | الضغط (hPa) | كT.P | مقياس IC الذي تم تصحيحه بواسطة kT.P (nC) | القيمة المتوسطة المصححة بواسطة kT.P (nC) | انحراف ST | القيمة المتوسطة المصححة حسب جميع عوامل التصحيح | معدل الجرعة في كيرم الهواء (غي / دقيقة) | معدل الجرعة على مستوى الخلية في Kwater (Gy/min) |
| 2.495 | 22.3 | 1001 | 1.020 | 2.545 | 2.546 | 0.001 | 2.536 | 0.626 | 0.659 |
| 2.496 | 22.3 | 1001 | 1.020 | 2.546 | |||||
| 2.497 | 22.3 | 1001 | 1.020 | 2.547 | |||||
| 2.498 | 22.3 | 1001 | 1.020 | 2.548 | |||||
| 2.496 | 22.3 | 1001 | 1.020 | 2.546 | |||||
| 2.495 | 22.3 | 1000.9 | 1.020 | 2.545 | |||||
| 2.494 | 22.3 | 1000.9 | 1.020 | 2.544 | |||||
| 2.495 | 22.3 | 1000.9 | 1.020 | 2.545 | |||||
| 2.496 | 22.3 | 1000.9 | 1.020 | 2.546 | |||||
| 2.496 | 22.3 | 1000.9 | 1.020 | 2.546 |
الجدول 3: قياسات معدل الجرعة اليومية لإشعاع الخلايا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يعرض هذا العمل البروتوكول المستخدم والمنفذ لإشعاعات الخلايا باستخدام مرفق الأشعة السينية منخفض الطاقة. في الوقت الحاضر ، يتم إجراء العديد من تجارب البيولوجيا الإشعاعية مع هذا النوع من المشعع لأنها سهلة الاستخدام وفعالة من حيث التكلفة ومع قيود قليلة جدا على الحماية الإشعاعية ، مقارنة بمصدر الكوبالت على سبيل المثال. على الرغم من أن هذه الإعدادات لها العديد من المزايا ، لأنها تستخدم مصدر طاقة منخفض بالأشعة السينية ، إلا أن تعديل معلمة تشعيع واحدة فقط يمكن أن يؤثر بشكل كبير على قياس الجرعات. وقد أبرزت العديد من الدراسات بالفعل أهمية معايير وبروتوكولات قياس الجرعات لدراسات البيولوجيا الإشعاعية2و5و20و21. علىالرغممن أن العديد من البروتوكولات قد تم بالفعل تعريفها بشكل جيد في الأدب 1،5، قررنا تطوير بروتوكول جديد لإجراء قياسات قياس الجرعات لمحاكاة ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية قدر الإمكان وتأخذ في الاعتبار جميع المعلمات التي يمكن أن تؤثر على الجرعة المادية ، خاصة بالنسبة للأشعة السينية منخفضة الطاقة21،22. وهكذا، اخترنا تنفيذ بروتوكول صارم للحد من أوجه عدم اليقين. وتحقيقا لهذه الغاية، تم تعيين معلمات التشعيع(الجدول 1). ثم تكون الخطوات الثلاث التالية ضرورية: 1) تحديد مؤشر جودة الحزمة ، 2) قياس معدل الجرعة المطلقة مع غرفة التأين و3) قياس التوهين والتشتت بسبب وسيط ثقافة الخلية مع أفلام EBT3 المشعة.
يتوافق مؤشر جودة الحزمة مع ثنائي طبقة القيمة نصف الجهد (HVL) المستخدم لتوصيف أشعة X-ray منخفضة الطاقة. HVL هو مؤشر عملي لوصف الإشعاع النشط بولي ويعرف بأنه سمك الموهين (عادة النحاس أو الألومنيوم) للحد من معدل جرعة كيرما الهواء بعامل اثنين من القيمة الأصلية. تم إجراء قياسات HVL باستخدام التوصيات التالية من بروتوكول AAPM لشعاع الأشعة السينية 40-300 كيلو فولت10. ومع ذلك، كان لا بد من إجراء بعض التعديلات لأنه في الضميمة المشععة لا يمكن تحقيق مسافة 1 متر بين المصدر وغرفة التأين. لذلك ، في العمل الحالي ، استخدمنا مسافة 58 سم بين المصدر وكاشف قياسات HVL ، كما هو موضح في الشكل 1. قررنا السماح 25 سم بعد غرفة التأين لأن الكثير من المواد الإلكترونية، والدعم، والعناصر المعدنية موجودة في الجزء السفلي من الضميمة للحد من تأثير backscatter من هذه العناصر. قياس HVL هو واحد من الجوانب الحاسمة لهذا البروتوكول. في الواقع ، بالنسبة للعديد من مشعات الأشعة السينية ، فإن داخل المرفقات مقيد للغاية وهذه ليست الظروف المثلى لإجراء القياسات أو يصبح من المستحيل. على الرغم من أن القياسات التجريبية هي أفضل طريقة لتقييم HVL ، عندما تكون هذه القياسات صعبة للغاية أو حتى مستحيلة الأداء ، يمكن استخدام برنامجمخصص 17 لتوفير تقدير جيد لHVL ، أو يمكن استخدام محاكاة مونتي كارلو23. في العمل الحالي، استخدمنا برنامجا مخصصا للحصول على طيف طاقة الأشعة السينية(الشكل 5). كما تمكنا من مقارنة HVL المقاس والمحسوب ، والذي كان هو نفسه ، وكذلك مقارنة الطاقة الفعالة.
بالنسبة لقياس قياس الجرعات، اخترنا بعد ذلك محاكاة ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية قدر الإمكان. لهذا، قمنا مباشرة بإجراء قياسات معدل الجرعة المطلقة مع غرفة التأين داخل حاوية الخلية المستخدمة لإشعاع الخلايا(الشكل 3). ومع ذلك ، كما استخدمنا غرفة التأين أسطواني معايرة للحزم أكثر من 100 كيلو فولت ، لم نكن بالضبط في نفس الموقف مثل الخلايا بسبب سمك غرفة التأين. بالنسبة للحزم السفلية (15-70 كيلو فولت)، حيث يمكن استخدام الحجرة المتوازية للطائرة، يمكننا أن نكون أقرب إلى ظروف تشعيع الخلايا الحقيقية. ثم تم إجراء قياسات قياس الجرعات النسبية لتقييم التوهين والتشتت بسبب وسيطة ثقافة الخلية. النتائج المعروضة على هذا العمل لا تسلط الضوء على اختلاف كبير في الجرعة المودعة مع أو بدون الكمية الدقيقة من وسائل الإعلام ثقافة الخلية كما استخدمنا الجهد من 220 كيلو فولت, ترشيح إضافية من 0.15 مم من Cu وكان لدينا فقط 5 مل من خلية الثقافة المتوسطة. ومع ذلك ، في دراسة سابقة21 أجريت في 80 كيلو فولت ، أشرنا إلى أن الاختلاف في وسائل الإعلام ثقافة الخلية والترشيح يؤثر بشكل كبير على الجرعة المادية ، تصل إلى 40 ٪ مقارنة مع التكوين المرجعي عندما استخدمنا ترشيح الألومنيوم 1 ملم. وقد تجلى هذا التأثير أيضا من حيث الآثار البيولوجية من خلال قياس كسر الخلية على قيد الحياة باستخدام المقايسة كلونوجينيك21,23. وبالتالي ، اعتمادا على الجهد ، والترشيح الإضافي ، والحاوية وكمية وسائط ثقافة الخلية ، يمكن أن تكون الجرعة المودعة على الخلايا مختلفة إذا لم يتم اتباع البروتوكول عن كثب لجميع الإشعاعات.
وبالتالي، يجب إعداد قياس dosimetry مخصص لكافة تكوينات تشعيع الخلايا. على الرغم من أن هذا مقيد وتعديل معلمة واحدة فقط يتطلب تنفيذ تكوين جديد، قررنا أن نجعل هذا الخيار ليكون أقرب ما يمكن إلى ظروف تشعيع الخلية الحقيقية. وهذا يتطلب تعاونا وثيقا بين الفيزيائيين وعالم الأحياء الإشعاعية من أجل إعداد أفضل تصميم للتكوين. في معهدنا ، تم إنشاء اثني عشر بروتوكولا على منصتنا لنطاق جهد يتراوح بين 40 و 220 كيلو فولت يمكن تشعيع آبار T25 أو T75 أو 6-96-plate أو أطباق Petri.
على الرغم من أن هذا البروتوكول يبدو طويلا جدا لتنفيذه ، بمجرد إنشاء التكوين ، فإن القياس الوحيد الذي سيتم اتخاذه في يوم التشعيع هو قياس معدل الجرعة مع غرفة التأين داخل حاوية الخلية. هذا القياس هو أيضا مراقبة الجودة التي تمكننا من ضمان أن معدل الجرعة هو كما هو متوقع.
ولضمان إعادة إنتاج الدراسات البيولوجية الإشعاعية، وللتمكن من مقارنة التجارب وتفسيرها، من المهم اتباع البروتوكولات المعمول بها بدقة والإبلاغ عن جميع جوانب قياس الجرعات والتكوين، ولا سيما بالنسبة للمرافق التي تستخدم الأشعة السينية منخفضة أو متوسطة الطاقة. البروتوكول الجديد المقترح هنا هو لتشعيع الخلايا، وينطبق على العديد من مرافق الأشعة السينية، ويأخذ في الاعتبار جميع المعلمات التي تؤثر على قياس الجرعات ويوفر تقديرا أفضل للجرعة الفعلية التي يتم تسليمها إلى الخلايا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.
Acknowledgments
اي
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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/ebt3-8x10/ |
| 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.
- DIN.
- NCS. Dosimetry of low and medium energy x-rays: A code of practice for use in radiotherapy and radiobiology. NCS. , Report No. 10 (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).
- Filmqa Software. GAF Chromic.com. , Available from: http://www.gafchromic.com/filmqa-software/filmqapro/index.asp (2020).
- 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).
