Das Team von Onel nutzt die LHC-Technologie, um ein Gerät für die Radioonkologie zu entwickeln

Im Rahmen seiner Arbeit in der Hochenergieteilchenphysik hat Prof. Yasar Onel einen Szintillator erfunden, der in einer ultraschnellen Strahlenbehandlung gegen Krebs eingesetzt werden soll.

Onel und seine Gruppe für Hochenergiephysik in der Abteilung für Physik und Astronomie arbeiten an der Entwicklung eines schnellen Dosisüberwachungssystems unter Verwendung ihres kürzlich patentierten strahlungsharten Szintillators und der Large Hadron Collider-Technologie. Sie arbeiten mit der Abteilung für Radioonkologie der University of Iowa am Carver College of Medicine am Projekt „Midwest FLASH Lab: Developing Next-Generation Radiotherapy Delivery and Expertise at the UI“ zusammen, das über einen Zeitraum von drei Jahren mit 3 Millionen US-Dollar finanziert wurde Zeitraum mit P3-Mitteln der Public Private Partnership für das Geschäftsjahr 2023; Hauptforscher sind John Buatti und Ryan Flynn in der Radioonkologie.

Das US-Patent- und Markenamt erteilte am 19. April 2022 das US-Patent Nr. 11.307.314 mit dem Titel „Apparatus, System and Method for Radiation Harded Plastic and Flexible Elastomer Scintillator“, das von Onel und seinem Kollegen Adjunct Associate Professor Ugur Akgun erfunden und der UI Research zugewiesen wurde Stiftung.

Die FLASH-Strahlentherapie, eine neue ultraschnelle Strahlenbehandlung gegen Krebs, hat ein großes Potenzial der nächsten Generation für den Schutz von gesundem Gewebe bei gleichzeitiger selektiver Zerstörung von Krebstumoren gezeigt. Derzeit können die in Strahlentherapieeinrichtungen verwendeten Dosisüberwachungssysteme die verabreichte Dosis jedoch nicht genau überwachen/quantifizieren mit der Geschwindigkeit im Nanosekundenbereich, mit der FLASH RT arbeitet. Der neue Prototyp-Detektor wird am Linearbeschleuniger der University of Iowa und am neuen Protonenbeschleuniger der Ohio State University getestet.

„Dieses schnelle und hochauflösende Dosisüberwachungssystem wird die FLASH-Strahlentherapiebehandlung für Millionen von Patienten, die sie benötigen, sicherer machen. Die Erfindung der UI-Wissenschaftler wird eine schnelle, genaue und praktische mehrdimensionale FLASH-Dosimetrie ermöglichen und damit einen erheblichen Bedarf in der Welt befriedigen.“ Strahlentherapie-Gemeinschaft", sagte Onel.

Die Kraft der Strahlung wurde für verschiedene Zwecke genutzt, von der Energieerzeugung über Röntgenstrahlen, CAT- und PET-Scans (Positronenemissionstomographie) bis hin zu Sicherheitsanwendungen und anderen. Für all diese Anwendungen ist die Detektion von Strahlung ein wichtiger Prozess und erfolgt üblicherweise über Szintillatoren, bei denen es sich um transparente Materialien handelt, die Licht erzeugen, wenn Strahlung durch sie hindurchtritt und ihre Atome anregt. Das erzeugte Licht wandert zum Rand des Szintillators, wo es von einem Lichtsensor erfasst wird. Dann wird das Detektorsignal verwendet, um ein Bild zu rekonstruieren, das zufällig ein Tumorbild für einen PET- oder CT-Scanner, eine Dosisverteilung innerhalb eines Körpers für medizinische Dosimeter oder innerhalb eines Behälters für Sicherheitsanwendungen ist. Von den idealen Szintillatoren wird erwartet, dass sie viel Licht abgeben, eine schnelle Reaktionszeit haben und strahlungsfest sind. Der akkumulierte Effekt der Strahlung innerhalb des Szintillators macht ihn weniger transparent, sodass sich das erzeugte Licht nicht innerhalb des Szintillators ausbreiten kann. Es ist eine Herausforderung, einen Szintillator zu entwickeln, der diese Voraussetzungen erfüllt.

Die UI High Energy Physics-Gruppe, die am CMS-Experiment des Large Hadron Collider-Projekts arbeitete, entdeckte einen „wasseräquivalenten“ Szintillator auf Elastomerbasis mit überlegener Lichtausbeute, einem schnellen Signal und hoher Strahlungsbeständigkeit. Wasseräquivalent bedeutet, dass dieses Material eine ähnliche Masse und Elektronendichte wie der menschliche Körper hat. Der Basisszintillator ist außerdem strahlungsfest und kann mit verschiedenen Szintillatorverbindungen gemischt werden, um die erforderlichen Eigenschaften zu erzielen. „Wenn diese Erfindung für verschiedene medizinische Anwendungen entwickelt und optimiert wird, wäre das ein enormer Gewinn für die Öffentlichkeit“, sagte Onel.