Name: dosimetry for cell irradiation using orthovoltage (40-300 kv) x-ray facilities
Uploaded: 2021-02-20T14:00:00
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1. 辐照平台和辐照参数的确定
<ol><li>使用提供中低能量 X 射线的辐照平台。确定实验参数，确保放射生物学实验的坚固性和可重复性：高压、强度、过滤（固有和附加）、半值层（HVL）、有效能量、用于剂量测量的探测器、源样本距离（SSD）、辐照场（形状、大小、几何）、剂量量、剂量法、剂量率、细胞容器和细胞培养介质数量。本协议中使用的所有参数均在表 1中提供。</li>
</ol...

<ol>
	<li>Zoetelief, J., Broerse, J. J., Davies, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocol+for+X-ray+dosimetry+EULEP.+Report+No.+Report+EUR+9507.">Protocol for X-ray dosimetry EULEP. Report No. Report EUR 9507.</a> Commission of the European Communities. , (1985).</li><li>Zoetelief, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocol+for+X-ray+dosimetry+in+radiobiology.">Protocol for X-ray dosimetry in radiobiology.</a> International Journal of Radiation Biology. 77 (7), 817-835 (2001).</li><li>Zoetelief, J., Jansen, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calculated+energy+response+correction+factors+for+LiF+thermoluminescent+dosemeters+employed+in+the+seventh+EULEP+dosimetry+intercomparison.">Calculated energy response correction factors for LiF thermoluminescent dosemeters employed in the seventh EULEP dosimetry intercomparison.</a> Physics in Medicine and Biology. 42 (8), 1491-1504 (1997).</li><li>Coleman, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Education+and+training+for+radiation+scientists:+radiation+research+program+and+American+Society+of+Therapeutic+Radiology+and+Oncology+Workshop,+Bethesda,+Maryland.">Education and training for radiation scientists: radiation research program and American Society of Therapeutic Radiology and Oncology Workshop, Bethesda, Maryland.</a> Radiation Research. 160 (6), 729-737 (2003).</li><li>Desrosiers, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+importance+of+dosimetry+standardization+in+radiobiology.">The importance of dosimetry standardization in radiobiology.</a> Journal of Research of National Institute of Standards and Technology. 118, 403-418 (2013).</li><li>DIN. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Klinische+Dosimetrie:+Teil+4.">Klinische Dosimetrie: Teil 4.</a> Anwendung von R&#246;ntgenstrahlen mit R&#246;hrenspannungen von 10 bis 100 kV in der Strahlentherapie und in der Weichteildianostik. , (1988).</li><li>DIN. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Klinische+Dosimetrie:+Teil+5.">Klinische Dosimetrie: Teil 5.</a> Anwendung von R&#246;ntgenstrahlen mit R&#246;hrenspannungen von 100 bis 400 kV in der Strahlentherapie. , (1996).</li><li>NCS. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dosimetry+of+low+and+medium+energy+x-rays:+A+code+of+practice+for+use+in+radiotherapy+and+radiobiology.">Dosimetry of low and medium energy x-rays: A code of practice for use in radiotherapy and radiobiology.</a> NCS. , (1997).</li><li>International Atomic Energy Agency. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Absorbed+Dose+Determination+in+External+Beam+Radiotherapy.">Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy.</a> International Atomic Energy Agency. , (2000).</li><li>Ma, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AAPM+protocol+for+40-300+kV+x-ray+beam+dosimetry+in+radiotherapy+and+radiobiology.">AAPM protocol for 40-300 kV x-ray beam dosimetry in radiotherapy and radiobiology.</a> Medical Physics. 28 (6), 868-893 (2001).</li><li>Peixoto, J. G., Andreo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Physics in Medicine and Biology. 45 (3), 563-575 (2000).</li><li>Pedersen, K. H., Kunugi, K. A., Hammer, C. G., Culberson, W. S., DeWerd, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation+biology+irradiator+dose+verification+survey.">Radiation biology irradiator dose verification survey.</a> Radiation Research. 185 (2), 163-168 (2016).</li><li>Draeger, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dose+of+reality:+how+20+years+of+incomplete+physics+and+dosimetry+reporting+in+radiobiology+studies+may+have+contributed+to+the+reproducibility+crisis.">A dose of reality: how 20 years of incomplete physics and dosimetry reporting in radiobiology studies may have contributed to the reproducibility crisis.</a> International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 106 (2), 243-252 (2020).</li><li>Devic, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+radiochromic+film+dosimetry+using+a+flat-bed+document+scanner.">Precise radiochromic film dosimetry using a flat-bed document scanner.</a> Medical Physics. 32 (7), 2245-2253 (2005).</li><li>Micke, A., Lewis, D. F., Yu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multichannel+film+dosimetry+with+nonuniformity+correction.">Multichannel film dosimetry with nonuniformity correction.</a> Medical Physics. 38 (5), 2523-2534 (2011).</li><li>Poludniowski, G., Landry, G., DeBlois, F., Evans, P. M., Verhaegen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SpekCalc:+a+program+to+calculate+photon+spectra+from+tungsten+anode+x-ray+tubes.">SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes.</a> Physics in Medicine and Biology. 54 (19), 433-438 (2009).</li><li>Hubbell, J. H., Seltzer, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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).">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).</a> NIST Standard Reference Database. , 126 (1995).</li><li>Wong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution,+small+animal+radiation+research+platform+with+x-ray+tomographic+guidance+capabilities.">High-resolution, small animal radiation research platform with x-ray tomographic guidance capabilities.</a> International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 71 (5), 1591-1599 (2008).</li><li>Trompier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+influence+of+calibration+practices+on+cytogenetic+laboratory+performance+for+dose+estimation.">Investigation of the influence of calibration practices on cytogenetic laboratory performance for dose estimation.</a> International Journal of Radiation Biology. , 1-9 (2016).</li><li>Dos Santos, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+dosimetry+protocol+for+cell+irradiation+on+a+low+X-rays+facility+and+consequences+for+the+biological+response.">Importance of dosimetry protocol for cell irradiation on a low X-rays facility and consequences for the biological response.</a> International Journal of Radiation Biology. , 1-29 (2018).</li><li>Noblet, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Underestimation+of+dose+delivery+in+preclinical+irradiation+due+to+scattering+conditions.">Underestimation of dose delivery in preclinical irradiation due to scattering conditions.</a> Physica Medica. 30 (1), 63-68 (2014).</li><li>Paixao, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monte+Carlo+derivation+of+filtered+tungsten+anode+X-ray+spectra+for+dose+computation+in+digital+mammography.">Monte Carlo derivation of filtered tungsten anode X-ray spectra for dose computation in digital mammography.</a> Radiologia Brasileira. 48 (6), 363-367 (2015).</li></ol>

本工作介绍了使用低能 X 射线设施用于细胞辐照和实施的协议。如今，与钴源相比，许多放射生物学实验都是用这种辐照器进行的，因为它们易于使用、经济高效且具有很少的无线电保护约束。虽然这些设置有许多优点，因为它们使用低 X 射线能量源，但仅修改一个辐照参数可以显著影响文量。一些研究已经强调了放射生物学研究2、5、20、21<sup class="xref...

放射生物学的目的是在交付剂量和生物效应之间建立联系：放射测量是放射性生物实验设计中的一个关键方面。30多年来，测量标准的重要性和实践的统一性被强调为1、2、3、4、5。为了建立剂量率参考，有几个协议存在6，7，8，9，10：然而，正如Peexoto和安德烈奥11所示，根据剂量率测定所用的剂量，差异可能高达7%。此外，即使存在协议，有时也很难知道哪个协议最适合特定应用（如果有的话），因为细胞的剂量率取决于诸如细胞容器、细胞培养介质数量或光束质量等参数。这种类型的辐照的散射和后散射也是一个非常重要的参数要考虑。事实上，对于中低能量X射线，在AAPM TG-61参考协议10中，水中的吸收剂量是在水幽灵表面测量的。考虑到非常特殊的细胞辐照条件，与TG-61协议中定义的具有大水当量幻象的吸收剂量相比，被空气包围的少量细胞培养介质更接近角膜条件。因此，我们选择将水中的克玛作为剂量供参考，而不是在水中吸收剂量。因此，我们建议采用一种新的方法，以便更好地确定交付给细胞的实际剂量。
此外，放射生物学研究的另一个关键方面是全面报告用于辐照的方法和协议，以便能够复制、解释和比较实验结果。2016年，Pedersen等人12 日强调，在药物前放射生物学研究中，对量子学的报告不足。Draeger等人最近进行的一项较大规模的研究强调， 尽管报告了一些剂量参数，如剂量、能量或来源类型，但缺少对正确复制辐照条件至关重要的大部分物理和剂量参数。这项对过去20年1 000多份出版物的大规模审查表明，放射生物学研究中对物理和文量条件的报告严重缺乏。因此，为了进行可靠和可重复的实验，必须全面描述议定书和放射性生物学研究中采用的方法。
考虑到这些不同的方面，在国税局（辐射防护和核安全研究所）进行的放射性生物实验中，对矫形器设施中的细胞照射实施了严格的规程。此剂量计协议旨在尽可能模拟真实的细胞辐照条件，从而确定交付给细胞的实际剂量。为此，列出了所有辐照参数，并通过测量半值层 （HVL） 来评估光束质量指数，因为无法遵循 AAPM 协议10 的标准建议，因此对该层进行了一些调整。然后用用于细胞辐照的细胞容器内的电传室进行绝对剂量率测量，细胞培养介质的衰减和散射也用EBT3放射性色素薄膜进行量化。由于协议中只有一个参数的修改会显著影响剂量估计，因此为每个细胞辐照配置执行专用剂量计。此外，必须计算每个电压过滤器组合的高压L值。在目前的工作中，分别使用220千伏、3 mA的强度以及0.8毫米和0.15毫米的氦和铜的固有和附加过滤。选择的细胞辐照配置位于 T25 烧瓶上，其中细胞通过 5 mL 的细胞培养介质进行辐照。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>31010 ionization chamber</td>
			<td>PTW</td>
			<td>ionization Radiation, Detectors including code of practice, catalog 2019/2020, page 14</td>
			<td>https://www.ptwdosimetry.com/fileadmin/user_upload/DETECTORS_Cat_en_16522900_12/blaetterkatalog/index.html?startpage=1#page_14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EBT3 radiochromic films</td>
			<td>Meditest</td>
			<td>quote request</td>
			<td>https://www.meditest.fr/produit/ebt3-8x10/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>electrometer UNIDOSEwebline</td>
			<td>PTW</td>
			<td>online catalog, quote request</td>
			<td>https://www.ptwdosimetry.com/en/products/unidos-webline/?type=3451&#38;downloadfile=1593&#38; cHash= 6096ddc2949f8bafe5d556e931e6c865</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HVL material (filter, diaphragm)</td>
			<td>PTW</td>
			<td>online catalog, page 70, quote request</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>scanner for radiochromic films</td>
			<td>Epson</td>
			<td>quote request</td>
			<td>Epson V700, seiko Epson corporation, Suwa, Japan</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>temperature and pressure measurements, Lufft OPUS20</td>
			<td>lufft</td>
			<td>quote request</td>
			<td>https://www.lufft.com/products/in-room-measurements-291/opus-20-thip-1983/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dosimetry for cell irradiation using orthovoltage (40-300 kv) x-ray facilities

放射生物学研究的量程协议和标准的重要性是不言而喻的。已提出几项使用低能X射线设施确定剂量的协议，但根据辐照配置、样品、材料或光束质量，有时很难知道采用哪种方案最合适。因此，我们提出了一个使用低能X射线设施进行细胞照射的量程协议。该方法的目的是在细胞单层水平上执行剂量估计，使其尽可能接近真实的细胞辐照条件。协议的不同步骤如下：确定辐照参数（高压、强度、电池容器等）、确定光束质量指数（高压半值层耦合）、在空气角瘤条件下校准电离室的剂量率测量、用EBT3放射性色素膜对细胞培养介质的衰减和散射进行量化，以及确定细胞水平的剂量率。这种方法必须针对每个新的细胞辐照配置执行，因为仅修改一个参数可以强烈地影响细胞单层水平的实际剂量沉积，特别是涉及低能量 X 射线。

在这项工作中，我们使用了一个平台，致力于小型动物辐照19：但是，此平台可用于辐照其他类型的样品，如细胞。辐照源是一个瓦里安X射线管（NDI-225-22），具有固有的过滤0.8毫米的氦，大焦运动大小3毫米，高压范围约30至225千伏和最大强度30毫安。
用于这项研究的参数报告在 表1中。我们选择展示在 T25 烧瓶中使用此协议进行细胞辐照的示例?...

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Dosimetry for Cell Irradiation using Orthovoltage 40-300 kV X-Ray Facilities

本文档描述了使用低能耗 X 射线设备进行细胞辐照的新档案协议。测量是在尽可能模拟真实细胞辐照条件的条件下进行的。

使用矫形器（40-300 kV）X射线设施进行细胞辐照的测定

The importance of dosimetry protocols and standards for radiobiological studies is self-evident. Several protocols have been proposed for dose ...

制定此协议是为了允许在放射生物学研究中尽可能接近真实的细胞辐照条件进行放射测量。通过此协议，我们可以确定细胞接收的确切剂量，使其适用于许多 X 射线设施，并可以考虑所有参数并转换为剂量计。所有辐照参数都必须设置在上游，以便最佳地获取需要物理学家和放射生物学家密切合作的剂量测量。要进行辐照场评估，在用于辐照的支持上放置一个自行开发的量程膜，并用至少两个灰色照射膜，以获得标记良好的辐照场。使用专用扫描仪扫描自我开发的剂量计膜，并使用分析和绘图配置文件绘制 ImageJ 中的剂量配置文件。然后，标记辐照支持表面，以确保细胞容器放置在正确的位置。要执行剂量率测量，请将修改后的细胞容器放入辐照支持外壳中，并根据支撑表面的标记将电传室放入容器的正确位置。确认所有辐照参数均已正确设置，并预辐射电离室五分钟。将电表为零，并获得 10 个一分钟的测量结果。然后，使用公式确定空气角瘤的平均剂量率。为下游识别而对所有影片进行编号。照射前至少24小时，根据细胞容器的大小切开自我发育的量程膜。要构建校准曲线，留出三块薄膜用于非辐照控制，并将第一片薄膜放在细胞容器内。然后，照射薄膜以获得第一个剂量点。当所有薄膜都以适当选择的剂量以三位一体进行辐照时，可以生成校准曲线。为了测量细胞培养介质衰减和散射，选择相同的辐照时间进行所有辐照，并在无水的容器中照射三片自我发育的文量膜。接下来，将一块薄膜放入容器中，并在容器中填充与将辐照的介质体积相同的水量。必要时使用小块胶带，将容器放置在外壳内。辐照完成后，用吸附纸擦干薄膜，并储存保护膜免受光线照射。辐照后 24 小时，在扫描仪上，将 TIFF 格式设置为 48 位红绿色蓝色，传输模式设置为每英寸 150 点，并且不选择图像校正。要加热扫描仪，在扫描仪上放置非辐照膜，并启动扫描预览。预览结束时，启动一个分时器，等待 30 秒后再开始扫描。扫描结束时，启动90秒的制时器。同时，注册扫描并在图像J中打开图像。在扫描中跟踪感兴趣的平方区域，并测量该区域的平均红色像素水平。在 90 秒结束时，重复扫描预览至少 30 次，以加热和稳定扫描仪。扫描仪稳定后，将胶片放入扫描仪床中心，并启动扫描预览。在开始扫描前等待 30 秒。扫描结束时，等待 90 秒后再开始下一次扫描。然后进行测量，估计衰减器厚度，并测试不同的衰减器厚度，以找到将光束强度降低两倍的厚度。在确定此厚度时，进行了五次测量，以评估由温度和压力校正因子纠正的平均 mRAW 值。对于此配置，发现了 0.667 毫米铜的半值层。在此具有代表性的分析中，对自开发的量程膜进行了辐照，以确定辐照场的同质表面，从而正确放置细胞容器。为了确定细胞的确切剂量，测量的空气角膜剂量率被转换为水业力，使用水的平均质量能量吸收系数与光子流光谱上评估的空气的比例，为此分析确定为每分钟0.659灰色。在这种细胞培养介质衰减和散射分析中，自我发育的放射色素薄膜首次校准在零至三个灰色之间，在零和一灰色之间有0.25个灰色步骤，在一到三个灰色之间调整0.5个灰色步骤。然后，剂量点安装四度多体曲线。在这里，可以观察到用于日常测量的代表性表。确保尊重所有配置参数，在正确的细胞容器内测量确实速率，并评估细胞培养介质的影响。存在若干协议来建立剂量参考测量。关键是为特定应用程序选择适当的协议，尤其是在使用低 X 射线设施时。

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