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.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Дозиметрия для облучения клеток с помощью рентгеновских лучей Orthovoltage (40-300 кВ)
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
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.
Введение
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.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
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 напряжение, интенсивность, фильтрация (неотъемлемая и дополнительная), Half Value Layer (HVL), Эффективная энергия, детектор, используемый для дозиметрических измерений, Расстояние исходных образцов (SSD), поле облучения (форма, размер, геометрия), дозиметрическое количество, метод Дозиметрии, скорость дозы Все параметры, используемые в этом протоколе, представлены в таблице 1.
2. Индекс качества пучка: определение слоя половины стоимости
ПРИМЕЧАНИЕ: HVL определяется как толщина атенуатора (обычно меди или алюминия), чтобы уменьшить интенсивность пучка в два раза по сравнению с исходным значением.
- Настройка оборудования (поддержка, коллиматор, диафрагма, ионизация) внутри корпуса облучения, следуя инструкциям на рисунке 1. На этом этапе не используется материал-затухатель.
- Убедитесь, что все расстояния, зарегистрированные на рисунке 1, верны. Измерьте их с помощью рулетки.
- Поместите камеру ионизации в горизонтальное положение. Для этой работы мы использовали цилиндрическую ионизацию 31002 (эквивалент 31010), откалиброванной в воздушной керме.
- Предварительно облучить ионизивную камеру в течение 5 минут и измерить фон (этот шаг может быть выполнен без коллиматора).
- Выполните 10 измерений по 1 мин каждый в режиме сбора заряда, соответствующемзначению M raw (в кулонах).
- Возьмите температуру и давление с подходящим откалиброванным оборудованием, размещенным внутри облучения корпуса в нашем случае (если это невозможно, поместите его рядом с экспериментом). Исправь показанияM-сырья на электрометре по фактору коррекции температуры и давления, приведенного следующим образом:
где: T (КК) и P (hPa) являются фактической температуры и давления, соответственно. Tref и P refявляются эталонной температурой и давлением, когда ионизация была откалибровирована лабораторией стандартов. Давление и температура должны измеряться с помощью откалиброванных приборов. Полученное значение в режиме заряда является средним эталонное значение M (в кулонах).
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг не является строго необходимым для измерения HVL, но рекомендуется. - Поместите атенуатор определенной толщины над диафрагмой. Набор HVL состоит из фольги различной толщины (0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5 и 10 мм меди) с размером, позволяющим покрыть весь луч (80 х 80 мм здесь).
- Сделайте измерение 1 мин (Mсырой исправлены KT, P, как описано ранее).
- Если доза делится на 2 в отношении стартового значения, значение HVL найдено. Возьмите 5 измерений 1 мин, чтобы оценить среднюю дозу.
- Если доза не делится на 2 фактора в отношении стартового значения, увеличьте или уменьшите толщину атенуатора и сделайте еще одно измерение. При необходимости отрегулируйте толщину атенуатора.
- После того, как толщина атенуатора, который уменьшает интенсивность пучка в два раза найден, принять 5 измерений 1 мин, чтобы подтвердить HVL.
ПРИМЕЧАНИЕ: В большинстве случаев точная толщина атенуатора не может быть найдена из имеющихся фольг. В этом случае, приступить к bisection и интерполировать HVL.
3. Оценка поля облучения (без оценки дозы)
- Поместите пленку EBT3 на поддержку, используемую для облучения.
- Облучение этого фильма, чтобы получить хорошо обозначенное поле облучения (по крайней мере 2 Gy).
- Сканирование пленки EBT3 с помощью специального сканера.
- Участок дозы профиля с помощью изображения J с помощью анализа, а затем Участок Профиль вариант (Рисунок 2).
- Определить размер использования поля облучения для облучения (однородной области, за исключением областей полуоблучения, см. рисунок 2).
- Сделайте отметки на поддержке, используемой для облучения, чтобы убедиться, что контейнер ячейки находится в правильном положении.
ПРИМЕЧАНИЕ: На этом этапе определяется размер поля облучения, и доза не оценивается. Полная процедура чтения и анализа пленки дается в разделе 5. Кроме того, возьмите маржу, чтобы избежать ошибок из-за позиционирования контейнера ячейки.
4. Измерение скорости дозы с ионизационные камеры
- Возьмите контейнер ячейки и разбить небольшую часть на стороне или в нижней части (в зависимости от конкретного контейнера и ионизации камеры используется), чтобы иметь возможность разместить ионизации камеры внутри(рисунок 3, верхняя часть) или ниже (Рисунок 3, нижняя секция) контейнера. Примеры приведены на рисунке 3 с различными ионизации камер (цилиндрические или плоскости параллельно) и сотовых контейнеров. В этом случае использовалась колба T25(рисунок 3,красная коробка).
ПРИМЕЧАНИЕ: припой железа или подогревом скальпеля является хорошей альтернативой, чтобы сделать отверстия в пластиковой посуде - Поместите контейнер внутри корпуса на опору, используемую для облучения (углеродная пластина здесь).
- Поместите ионизационную камеру в контейнер(рисунок 3,красный ящик) в правильное положение и соедините ее с электрометром.
- Убедитесь, что все параметры облучения, перечисленные в разделе 1, верны (высокое напряжение, интенсивность, дополнительные фильтрации, расстояние от образца источника и т.д.).
- Предварительно облучить ионизивную камеру в течение 5 минут и выполнить обнуление электрометра.
- Возьмите 10 измерений 1 мин, чтобы определить среднюю скорость дозы в воздушной керме (Gy.min-1). Рассчитайте определение дозы ввоздухе K следующим образом:
где M является чтение дозометра корректируются температуры, давления, полярности эффект, ион рекомбинации, и электрометр калибровки. NKair и K qявляются факторами калибровки и коррекции качества излучения, значения которых специфичны для каждой ионизации камеры.
5. Измерение медиа-затухания и рассеяния клеточной культуры
ПРИМЕЧАНИЕ: Ручка EBT3 пленки с перчатками на протяжении всей процедуры.
- Подготовка эксперимента
- Вырезать небольшие кусочки EBT3 фильмов по крайней мере 24 ч до облучения.
- Определите размер пленок в качестве функции клеточного контейнера, используемого для радиобиологических экспериментов (4 х 4 см для колбы T25, например).
Вырезать два набора радиохромных пленок: один набор для калибровки кривых, состоящий из трех частей радиохромной пленки EBT3 по дозе или точке времени (девять баллов в общей сложности для этой работы) ; и один набор для количественной оценки медиа-оценки клеточной культуры, а также по три штуки в точку. - Номер все пленки для идентификации (верхний правый угол здесь) и сканировать их на том же положении на сканере.
- Держите пленки подальше от света.
- Подготовьте контейнер ячейки, используемый для измерения пленки EBT3, и, при необходимости, вырежьте часть, чтобы поместить пленку внутрь (пример с T25 приведен на рисунке 4).
- Оценка скорости дозы
- Измерьте скорость дозы для конфигурации, как описано в предыдущем разделе.
- Держите эту конфигурацию на месте для облучения радиохромных пленок EBT3 и используйте тот же тип контейнера ячейки.
- Конструкция кривой калибровки
- Возьмите предварительно вырезать EBT3 пленки для калибровки кривой.
- Не облучать три части (0 Gy).
- Поместите первую пленку внутри контейнера ячейки в той же конфигурации, что и для облучения клеток.
- Облучить его, чтобы получить первые точки дозы.
- Повторите эту операцию, чтобы получить три части EBT3 пленки облучены с той же дозой.
- Выполните это для каждой точки дозы (девять точек дозы в этой работе (0, 0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,5, 2, 2,5 и 3 gy), как показано на рисунке 5).
- Оценка зрения средств массовой информации клеточной культуры и рассеяния.
- Выбираем одно и то же время облучения для всех облучений (60 с, например).
- Облучение трех частей пленок EBT3 в контейнере без воды.
- Облучение трех частей ebT3 пленки в контейнере с водой следующим образом.
- Поместите пленку в контейнер.
- Заполните контейнер с точным количеством воды, чтобы представлять средства культуры клеток (5 мл здесь). Используйте небольшие кусочки ленты, если пленки не остаются погруженными должным образом.
- Поместите контейнер ячейки внутри корпуса и убедитесь, что пленка правильно погружена.
- Когда облучение будет завершено, возьмите пленки EBT3, высушите их абсорбющей бумагой и храните вдали от света.
6. Чтение радиохромных фильмов EBT3
- Читайте фильмы EBT3 по крайней мере 24 ч после облучения.
- Сканирование пленок на специальном сканере.
- Установите параметры сканера так: 48-битный красно-зелено-синий формат tiff, 150 dpi в режиме передачи и отсутствие коррекции изображения.
- Выполните разминку сканера следующим образом.
- Поместите необлучаемую пленку на сканер.
- Запустите предварительный просмотр сканирования.
- Запустите таймер и ждать 30 с.
- Запустите сканирование.
- В конце сканирования запустите таймер и дождись 90 с.
- В то же время зарегистрируйте сканирование, откройте изображение с помощью ImageJ, проследить квадратную рентабельность инвестиций (всегда одного размера и в том же положении) и проработать средний уровень красного пикселя области.
- В конце 90-х повторите процедуру из шага 2 (не касаясь пленки внутри сканера).
- Повторите это по крайней мере 30 раз, чтобы разогреть и стабилизировать сканер (без изменений в среднем красном уровне пикселей области, выбранной на необлученных пленках). Если сканер, т.е. среднее значение красного пикселя, не стабилизируется, продолжайте процедуру.
- Сканирование фильмов EBT3
- Поместите первую пленку в центр кровати сканера. Делимитировать область, чтобы всегда разместить пленку в том же месте и в той же ориентации.
- Запустите предварительный просмотр сканирования.
- Запустите таймер и ждать 30 с.
- Запустите сканирование.
- В конце сканирования запустите таймер и дождись 90 с. Во время этих 90-х изменить EBT3 фильм.
ПРИМЕЧАНИЕ: Анализ радиохромных пленок EBT3 был проведен с помощью самопрограммируемой программы СЗ. Различные методы могут быть использованы для анализа пленки EBT3, такие как метод красного канала или методтрех каналов 14,15. В этом случае мы использовали метод красного канала без фонового вычитания, и изображения были преобразованы в оптическую плотность, а затем в дозу с помощью нашей программы. Поскольку этот метод уже четко определен, наша программа СЗ не была включена здесь. Кроме того, специальноепрограммное обеспечение 16 также может быть использовано для анализа фильмов EBT3.
7. Определение дозы на уровне клеточного монослойного
- Преобразование средней скорости дозы, полученной с помощью камеры ионизации, исправленной путем затухания и рассеяния средств массовой культуры клеток (K) в кермаводы, используя соотношение среднего коэффициента поглощения массы энергии для воды в воздух, оцениваемый по спектру фотон-гриппа (μ en/й).
Специальноепрограммное обеспечение 17 было использовано для расчета спектра фотон энергии в воздухе без фантома, и мы использовали таблицуNIST 18 для расчета среднего коэффициента поглощения энергии массы.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
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 фильтрацию 0,8 мм бериллия, большой фокусный спортивный размер 3 мм, диапазон высокого напряжения от 30 до 225 кВ и максимальная интенсивность 30 мА.
Параметры, используемые для этого исследования, пр...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
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, экономически эффективны и с очень немногими ограничениями радиозащиты, по сравнению с источником кобальта, например. Хотя эти установки имеют много преимуществ, так как они используют низкий рентгеновский источник энергии, изменение только одного парамет...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторов нечего раскрывать.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 31010 ионизационная камера | PTW | ионизационное излучение, Детекторы включая свод правил, каталог 2019/2020, страница 14 | https://www.ptwdosimetry.com/fileadmin/user_upload/DETECTORS_Cat_en_16522900_12/blaetterkatalog/index.html?startpage=1#page_14 |
| EBT3 радиохромные пленки | Meditest | запрос цитат | https://www.meditest.fr/produit/ebt3-8x10/ |
| электрометр UNIDOSEwebline | Онлайн-каталог PTW | , запрос предложения | https://www.ptwdosimetry.com/en/products/unidos-webline/?type=3451&downloadfile=1593& cHash= 6096ddc2949f8bafe5d556e931e6c865 |
| материал HVL (фильтр, диафрагма)Интернет-каталог | PTW | , страница 70, запрос предложения | толщина фольги: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1, 2, 5 и 10 мм меди, https://www.ptwdosimetry.com/fileadmin/user_upload/Online_Catalog/Radiation_Medicine_Cat_en_ 58721100_11/blaetterkatalog/index.html#page_70 |
| сканер для радиохромных пленок | Epson | запрос предложения | Epson V700, seiko Epson corporation, Сува, Япония |
| измерение температуры и давления, Lufft OPUS20 | запрос | предложения | https://www.lufft.com/products/in-room-measurements-291/opus-20-thip-1983/ |
Ссылки
- 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. , Report No. DIN 6809 (1988).
- DIN. Klinische Dosimetrie: Teil 5. Anwendung von Röntgenstrahlen mit Röhrenspannungen von 100 bis 400 kV in der Strahlentherapie. , Report No. DIN 6809-5 (1996).
- 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).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
Дозиметрия рентгеновского излучения ортовольтажного диапазонаизмерение дозы облучения клетоккалибровка кермы в воздухерадиохромная пленка EBT3протокол с использованием ионизационной камерыопределение слоя половинного ослабленияослабление в среде для культивирования клетоксамопроявляющаяся дозиметрическая пленкарасчет мощности дозыоценка поля излучения
