정형 전압 (40-300 kV) X 선 시설을 사용하여 세포 조사를위한 Dosimetry

요약

이 문서에서는 저에너지 X선 장비를 사용하여 세포 조사를 위한 새로운 dosimetry 프로토콜을 설명합니다. 측정은 가능한 한 실제 세포 조사 조건을 시뮬레이션하는 조건에서 수행됩니다.

초록

방사능 연구를 위한 dosimetry 프로토콜 및 표준의 중요성은 자명합니다. 저에너지 X선 시설을 이용한 용량 측정을 위해 여러 프로토콜이 제안되었지만 조사 구성, 샘플, 재료 또는 빔 품질에 따라 어떤 프로토콜을 사용하는 것이 가장 적합한지 알기가 때로는 어렵습니다. 따라서 저에너지 X선 시설을 사용하여 세포 조사를 위한 도시성 프로토콜을 제안합니다. 이 방법의 목적은 실제 세포 조사 조건에 가능한 한 가깝게 만들기 위해 세포 단층의 수준에서 용량 추정을 수행하는 것입니다. 프로토콜의 다른 단계는 다음과 같습니다 : 방사선 매개 변수의 결정 (고전압, 강도, 세포 용기 등), 빔 품질 지수의 결정 (고전압 반 값 층 커플), 공기 장목 조건에서 보정 된 이온화 챔버와 용량 속도 측정, EBT3 방사선 필름과 세포 배양 매체의 감쇠 및 산란의 정량화, 및 셀룰러 속도의 측정. 이러한 방법론은 하나의 매개 변수의 수정이 특히 저에너지 X선을 포함하는 세포 단층의 수준에서 실제 용량 증착에 강하게 영향을 미칠 수 있기 때문에 각 새로운 세포 조사 구성에 대해 수행해야 합니다.

서문

방사선 생물학의 목적은 전달된 복용량과 생물학 효력 사이 링크를 설치하는 것입니다; 도시컬은 방사선 실험의 설계에 중요한 측면이다. 30 년 이상, dosimetry 표준의 중요성과 관행의 조화는^1,2,3,4,5로 강조되었습니다. 투여율 기준을 설정하려면, 여러프로토콜이 존재^6,7,8,9,10; 그러나, Peixoto와 Andreo에 의해 도시된 바와^같이, 복용량 비율 결정에 사용되는 투여량에 따라 최대 7%의 차이가 있을 수 있다. 더욱이, 프로토콜이 존재하더라도, 세포에 대한 투여속도가 세포 용기, 세포 배양 매체 또는 빔 품질 등의 파라미터에 의존하기 때문에, 특정 응용 분야에 가장 적합한 프로토콜을 알기 어려운 경우가 있다. 이러한 유형의 조사에 대한 산란 및 백스캐터도 고려해야 할 매우 중요한 매개 변수입니다. 실제로, 저에너지 X선, AAPM TG-61 기준^{프로토콜(10)에서,}물내의 흡수된 용량은 물 유령의 표면에서 측정된다. 매우 구체적인 세포 조사 조건을 고려하여 공기로 둘러싸인 소량의 세포 배양 매체는 TG-61 프로토콜과 같이 큰 물과 동등한 팬텀을 가진 흡수 된 용량에 대해 정의 된 것보다 커마 조건에 더 가깝습니다. 따라서, 우리는 물에서 흡수된 복용량보다는 참조를 위한 폐량으로 물에서 커마를 사용하기로 결정했습니다. 따라서, 우리는 세포에 전달 된 실제 복용량의 더 나은 결정을 제공 하는 새로운 접근 방식을 제안 하 고 있다.

더욱이, 방사선 생물학 연구 결과를 위한 또 다른 중요한 측면은 실험 결과를 재현, 해석 및 비교하기 위하여 조사에 사용되는 방법 및 프로토콜의 완전한 보고입니다. 에서 2016, Pedersen^{외. 12} 전임상 방사선 연구에서 dosimetry의 부적 당 보고 를 강조. Draeger 외.^13에서 더 큰 최근 연구는 복용량, 에너지, 또는 근원 모형과 같은 몇몇 dosimetry 매개변수가 보고되더라도, 제대로 조사 조건을 복제하기 위하여 필수적인 물리학 및 dosimetry 매개변수의 큰 부분이 누락된다는 것을 강조했습니다. 지난 20년 동안 1,000개 이상의 간행물의 대규모 검토는 방사선 생물학 연구에서 물리학 및 도시성 조건의 보고가 현저한 부족을 보여줍니다. 따라서, 방사선 생물학 연구에서 활용되는 프로토콜 및 방법에 대한 완전한 설명은 견고하고 재현 가능한 실험을 하기 위해서는 필수이다.

이러한 상이한 측면을 고려하여 IRSN(방사선 방사 및 원자력 안전 연구소)에서 수행된 방사선 실험에 대해 직교화 시설의 세포 조사를 위한 엄격한 프로토콜이 구현되었습니다. 이러한 도시미트리 프로토콜은 실제 세포 조사 조건을 가능한 한 많이 시뮬레이션하여 세포에 전달된 실제 용량을 결정하기 위해 고안되었다. 이를 위해 모든 조사 파라미터가 나열되고, 일부 적응이 AAPM^{프로토콜(10)의} 표준 권고사항으로 만들어진 절반 값 층(HVL)을 측정하여 빔 품질 지수를 평가하였다. 절대 투여율 측정은 세포 조사에 사용되는 세포 용기 내부의 이온화 챔버로 수행되었고, 세포 배양 매체의 감쇠 및 산란도 EBT3 방사성 크로믹 필름으로 정량화되었다. 프로토콜의 단일 단일 매개 변수의 변형이 용량 추정에 크게 영향을 미칠 수 있기 때문에 각 세포 조사 구성에 대해 전용 도시메트리가 수행됩니다. 또한 각 전압 필터 조합에 대해 HVL 값을 계산해야 합니다. 본 작품에서는 220kV의 전압, 3mA의 강도, 그리고 0.8mm 및 0.15 mm의 베릴륨 및 구리의 내재 및 0.15 mm의 추가 여과가 각각 사용된다. 선택된 세포 조사 구성은 세포가 세포 배양 매체의 5 mL로 조사된 T25 플라스크에 있습니다.

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프로토콜

1. 조사 플랫폼 및 조사 매개 변수의 결정

1. 낮은 에너지 X선을 제공하는 조사 플랫폼을 사용합니다. 고전압, 강도, 여과(내재 및 추가), 하프 밸류 레이어(HVL), 효과적인 에너지, 도시측정 측정에 사용되는 검출기, 소스 샘플 거리(SSD), 조사 필드(모양, 크기, 기하학), 도시메트리 수량, Dosimetry 수량, Dosimetry 수량, 투여 량, 용량 측정 방법, Dosimetry 수량, 투여 량 이 프로토콜에 사용되는 모든 매개 변수는 표 1에제공됩니다.

2. 빔 품질 지수 : 절반 값 레이어의 결정

참고: HVL은 감쇠기(보통 구리 또는 알루미늄)의 두께로 정의되어 원래 값에 비해 빔의 강도를 2배 씩 감소시다.

1. 도 1의지시에 따라 조사 인클로저 내부에 장비(지원, 콜리마터, 다이어프램, 이온화)를 설정합니다. 이 단계에서는 감쇠기 재질이 사용되지 않습니다.
2. 그림 1에 보고된 모든 거리가 올바른지 확인합니다. 테이프 측정으로 측정합니다.
3. 이온화 챔버를 수평 위치에 배치합니다. 이 작업을 위해, 우리는 공기 커마에서 보정 된 31002 (31010에 해당) 원통형 이온화 챔버를 사용했다.
4. 이온화 챔버를 5분 동안 사전 조사하고 배경을 측정합니다(이 단계는 콜리메이터 없이 수행될 수 있음).
5. M_원시 값(coulombs)에 해당하는 충전 수집 모드에서 각각 1분씩 10번측정을 수행합니다.
6. 우리의 경우 조사 인클로저 내부에 배치 적절한 보정 장비와 온도와 압력을 가져 가라 (불가능하면, 실험에 가까이 배치). 다음과 같이 주어진 온도 및 압력 보정 계수에 의해 전기계의 M_원시 판독값을 수정합니다.
   
   위치: T(°C) 및 P(hPa)는 각각 실제 온도와 압력입니다. T_심판 및 P_심판은 표준 실험실에서 이온화를 보정했을 때 기준 온도 및 압력입니다. 압력과 온도는 보정된 계측기로 측정되어야 합니다. 충전 모드에서 얻은 값은 평균 기준 값 M(coulombs)입니다.
   참고: 이 단계는 HVL 측정에 꼭 필요한 것은 아니지만 권장됩니다.
7. 다이어프램 위에 특정 두께의 감쇠를 놓습니다. HVL 세트는 두께가 다른 호일로 구성되어 있습니다 (0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5 및 10mm 의 구리)는 전체 빔 (80 x 80mm)을 커버 할 수 있습니다.
8. 1분(KT,_P에 의해 수정된 M_원시)의 측정을 수행하십시오.
   1. 투여량이 시작값에 대하여 2의 계수로 나뉘면, HVL 값이 발견된다. 평균 복용량 속도를 추정하기 위해 1 분의 5 측정을.
   2. 투여량이 시작값에 대하여 2의 계수로 나누어지지 않으면 감쇠기 두께를 증가 또는 감소시키고 다른 측정을 한다. 필요에 따라 감쇠기의 두께를 조정합니다.
9. 2인자에 의해 빔의 강도를 감소시키는 감쇠기의 두께가 발견되면, HVL을 확인하기 위해 1분의 5측정을 한다.
   참고: 대부분의 경우 감쇠기의 정확한 두께는 사용 가능한 호일에서 찾을 수 없습니다. 이 경우 양단으로 진행하고 HVL을 보간합니다.

3. 조사 분야 평가 (용량 추정 없음)

1. 조사에 사용되는 지원에 EBT3 필름을 배치합니다.
2. 이 필름을 조사하여 잘 표시된 조사 필드(적어도 2Gy)를 얻습니다.
3. 전용 스캐너를 사용하여 EBT3 필름을 스캔합니다.
4. 분석 및 플롯 프로파일 옵션을 사용하여 이미지 J를 사용하여 용량 프로파일을 플롯(그림 2).
5. 조사에 대한 조사 필드 사용 의 크기를 결정합니다 (페넘브라 영역을 제외한 동질 영역은 그림 2참조).
6. 셀 컨테이너가 올바른 위치에 있는지 확인하기 위해 조사에 사용되는 지원에 표시를 합니다.
   참고: 이 단계에서조사장의 크기가 결정되고 용량이 추정되지 않습니다. 영화 판독 및 분석을 위한 전체 절차는 섹션 5에 부여됩니다. 또한 셀 컨테이너 위치 지정으로 인한 오류를 피하기 위해 여백을 취하십시오.

4. 이온화 챔버와 용량 측정

1. 셀 용기를 가지고 측면 또는 하단 (사용되는 특정 용기 및 이온화 챔버에 따라 다름)에 약간의 부분을 깰 내부(도 3,상부 섹션) 또는 아래(도 3,하부 섹션) 용기. 예는 다른 이온화 챔버 (원통형 또는 평면 병렬) 및 셀 용기와 도 3에서 제공됩니다. 이 경우 T25 플라스크가 사용되었습니다(그림3,빨간색 상자).
   참고 : 납땜 철 또는 가열 된 메스는 플라스틱 제품에 구멍을 만들 수있는 좋은 대안입니다.
2. 조사(탄소판)에 사용되는 지원에 인클로저 내부에 용기를 놓습니다.
3. 용기(도 3,빨간 상자)에 이온화 챔버를 올바른 위치에 놓고 전기계에 연결합니다.
4. 섹션 1에 나열된 모든 조사 매개 변수가 올바른지 확인합니다(고전압, 강도, 추가 여과, 소스 샘플 거리 등).
5. 이온화 챔버를 5분 동안 사전 조사하여 전기계의 영하를 수행한다.
6. 1분 동안 10번의 측정값을 복용하여 공기케르마(Gy.min-1)의 평균 투여량을 결정합니다. 다음과 같이 K_공기의 투여량 측정을 계산합니다.
   
   여기서 M은 온도, 압력, 극성 효과, 이온 재조합 및 전기계 교정에 의해 수정된 투여계의 판독값입니다. N_Kair 및 K_q는 각 이온화 챔버에 고유한 방사선 품질에 대한 교정 및 교정 요소입니다.

5. 세포 배양 매체 감쇠 및 산란 측정

참고 : 절차 전반에 걸쳐 장갑으로 EBT3 필름을 처리합니다.

1. 실험 준비
   1. 조사 전에 EBT3 필름의 작은 조각을 적어도 24 시간 잘라.
   2. 방사선 실험에 사용되는 세포 용기의 함수로서 필름의 크기를 결정합니다(예를 들어 T25 플라스크의 경우 4 x 4cm).
      방사성 크로믹 필름 의 두 세트를 잘라 : 용량 또는 시간 점에 의해 EBT3 방사성 크로믹 필름의 세 조각으로 구성된 보정 곡선에 대한 하나의 세트 (이 작품에 대한 총 9 점) ; 세포 배양 배지 감쇠의 정량화를 위한 1세트, 또한 점당 3개.
   3. 식별을 위해 모든 필름(오른쪽 상단 모서리)을 번호 매기고 스캐너의 동일한 위치에서 스캔합니다.
   4. 영화를 빛에서 멀리 유지합니다.
   5. EBT3 필름 측정에 사용되는 셀 용기를 준비하고 필요한 경우 필름을 내부에 넣도록 부품을 잘라냅니다(T25를 예로 는 도 4에주어집니다).
2. 용량 율 추정
   1. 이전 섹션에 설명된 대로 구성에 대한 용량 속도를 측정합니다.
   2. EBT3 방사성 크로믹 필름의 조사를 위해 이 구성을 제자리에 두고 동일한 유형의 셀 용기를 사용하십시오.
3. 교정 곡선의 건설
   1. 교정 곡선을 위해 미리 절단된 EBT3 필름을 가져 가라.
   2. 3장(0Gy)을 조사하지 마십시오.
   3. 셀 조사와 동일한 구성으로 첫 번째 필름을 셀 용기 내부에 배치합니다.
   4. 첫 번째 투여 지점을 얻기 위해 조사한다.
   5. 동일한 용량으로 조사 된 EBT3 필름의 세 조각을 얻기 위해이 작업을 반복합니다.
   6. 각 투여량점에 대해 이 것을 수행한다(이 작품에서 9개의 투여량 점(도 5에도시된 바와 같이 이 작품(0, 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 2.5 및 3 Gy)에 대해 이 것을 수행한다.
4. 세포 배양 배지 및 산란의 감쇠 평가.
   1. 모든 조사(예: 60s)에 대해 동일한 조사 시간을 선택했습니다.
   2. 물없이 용기에 EBT3 필름의 세 조각을 조사.
   3. 다음과 같이 용기에 EBT3 필름 3장과 물을 담가합니다.
      1. 필름을 컨테이너 안에 놓습니다.
      2. 용기에 정확한 양의 물로 채워 세포 배양 매체를 나타낸다(5mL 여기). 필름이 제대로 잠긴 상태로 유지되지 않으면 작은 테이프 조각을 사용합니다.
      3. 셀 컨테이너를 인클로저 내부에 배치하고 필름이 올바르게 침지되었는지 확인합니다.
      4. 조사가 완료되면 EBT3 필름을 흡수용지로 말리고 빛에서 멀리 보관하십시오.

6. EBT3 방사성 크로믹 필름 읽기

1. 조사 후 EBT3 영화를 최소 24시간 이상 읽어보십시오.
2. 전용 스캐너로 필름을 스캔합니다.
3. 스캐너 매개 변수를 48비트 빨간색-녹색-파란색 티프 포맷, 전송 모드에서 150dpi, 이미지 보정 없음으로 설정합니다.
4. 스캐너의 워밍업을 다음과 같이 수행합니다.
   1. 조사되지 않는 필름을 스캐너에 배치합니다.
   2. 스캔 미리 보기를 시작합니다.
   3. 타이머를 실행하고 30 s를 기다립니다.
   4. 스캔을 시작합니다.
   5. 스캔이 끝나면 타이머를 실행하고 90s를 기다립니다.
   6. 동시에 스캔을 등록하고 ImageJ로 이미지를 열고 사각형 ROI(항상 동일한 크기와 동일한 위치에서)를 추적하고 영역의 평균 빨간색 픽셀 수준을 측정합니다.
   7. 90 년대의 끝에서, (스캐너 내부필름을 만지지 않고) 2 단계에서 절차를 반복합니다.
   8. 스캐너를 예열하고 안정화하기 위해 적어도 30번 반복합니다(조사되지 않은 필름에서 선택한 영역의 평균 빨간색 픽셀 수준에 는 변이되지 않습니다). 스캐너, 즉 평균 적색 픽셀 값이 안정화되지 않으면 절차를 계속합니다.
5. EBT3 필름 스캐닝
   1. 첫 번째 필름을 스캐너 침대 중앙에 놓습니다. 영역을 구분하여 항상 필름을 같은 장소와 동일한 방향으로 배치합니다.
   2. 스캔 미리 보기를 시작합니다.
   3. 타이머를 실행하고 30 s를 기다립니다.
   4. 스캔을 시작합니다.
   5. 스캔이 끝나면 타이머를 실행하고 90s를 기다립니다. 이 90 년대 동안 EBT3 영화를 변경합니다.
      참고: EBT3 방사성 크로믹 필름의 분석은 자체 프로그래밍된 C++ 프로그램을 사용하여 수행되었습니다. 레드 채널 방법 또는 3개의 채널^{방법(14,15)과}같은 EBT3 필름 분석에 상이한 방법을 사용할 수 있다. 이 경우, 우리는 배경 뺄셈없이 빨간색 채널 방법을 사용하고, 이미지는 광학 밀도로 변환 한 다음 우리의 프로그램을 사용하여 용량으로 변환되었다. 이 방법은 이미 잘 정의되어 있기 때문에 C++ 프로그램은 여기에 포함되지 않았습니다. 또한 전용^{소프트웨어(16)는} EBT3 필름 분석에도 사용할 수 있습니다.

7. 세포 단층의 수준에서 투여속도의 결정

1. 광자 플루언스 스펙트럼(μ en/θ)을 통해 평가된 공기에 대한 평균 질량 에너지 흡수 계수의 비율을 이용하여 세포 배양 배지(K)의 감쇠 및 산란에 의해 보정된 이온화 챔버로 얻은 평균 투여량을 수심세포로 변환한다.
   
   전용^{소프트웨어(17)는} 팬텀 없이 공중에서 광자 에너지 스펙트럼을 계산하는 데 사용되었으며, NIST^{테이블(18)을} 사용하여 평균 질량 에너지 흡수 계수를 계산했습니다.

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결과

이 작품에서, 우리는 작은 동물 조사¹⁹전용 플랫폼을 사용; 그러나 이 플랫폼은 세포와 같은 다른 유형의 샘플을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 조사원은 0.8mm의 베릴륨, 3mm의 큰 초점 스포츠 크기, 약 30 ~225 kV의 고전압 범위 및 30 mA의 최대 강도를 갖는 바리안 X 선 튜브 (NDI-225-22)입니다.

이 스터디에 사용되는 매개 변수는 표 1에보고됩니다. 우?...

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토론

이 작업은 저에너지 X선 시설을 사용하여 세포 조사에 사용되고 구현된 프로토콜을 제시합니다. 요즘, 많은 방사선 생물학 실험은 예를 들면 코발트 근원에 비교된 사용하기 쉽고, 비용 효과적이고, 아주 몇몇 방사선 보호 제약으로 이렇게 이 모형의 조사자로 수행됩니다. 이러한 설정에는 낮은 X선 에너지원을 사용하기 때문에 많은 장점이 있지만 하나의 조사 매개 변수만 수정하면 도시에 영향?...

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자료

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/