ZIEL:
Die Dosisüberprüfung in der präklinischen Strahlentherapie wird oft durch mangelnde Standardisierung der üblicherweise verwendeten Techniken und Technologien sowie die inhärenten Schwierigkeiten der Dosimetrie im Zusammenhang mit Kleinfeld-Kilospannungsquellen erschwert. Infolgedessen wurde die Genauigkeit der Dosimetrie in der radiobiologischen Forschung in Frage gestellt. Glücklicherweise hat sich die Entwicklung und Charakterisierung realistischer Kleintierphantome in diesem Zusammenhang als wirksames und zugängliches Mittel zur Verbesserung der dosimetrischen Genauigkeit und Präzision herausgestellt. Insbesondere die Anwendung des dreidimensionalen (3D-)Drucks hat erhebliche Verbesserungen in der Konformität repräsentativer Phantome in Bezug auf die kleinen Tiere ermöglicht, denen sie nachempfunden sind. In dieser Studie bestand unser Ziel darin, ein vollständig 3D-gedrucktes Mausphantom für den Einsatz in der präklinischen Behandlungsüberprüfung anspruchsvoller Therapien für verschiedene anatomische Ziele von therapeutischem Interesse zu evaluieren.
METHODEN:
Ein anatomisch realistisches Mausphantom wurde basierend auf segmentierten MikroCT-Daten einer tumortragenden Maus in 3D gedruckt. Das Phantom wurde so modifiziert, dass es sowohl einen lasergeschnittenen radiochromen EBT3-Film im Brustkorb der Maus als auch ein Kunststoff-Szintillatordosimeter (PSD) aufnehmen kann, das im Gehirn, im Abdomen oder in einem 1 cm großen subkutanen Flankentumor platziert werden kann. Verschiedene Behandlungen wurden auf einem bildgeführten Kleintierbestrahlungsgerät durchgeführt, um die Dosen zum Isozentrum mithilfe eines PSD zu bestimmen und laterale und Tiefendosisverteilungen mithilfe von Filmdosimetern zu validieren. Zur Lokalisierung des Isozentrums auf der Filmebene oder dem aktiven PSD-Element vor der Bestrahlung wurde eine integrierte Kegelstrahl-CT-Bildgebung verwendet. Die PSD-Bestrahlungen umfassten einen 3 × 3 mm2 großen Gehirnbogen, 5 × 5 mm2 parallele Gegenpaare (POP) und eine 5-strahlige 10 × 10 mm2 koplanare Bauchanordnung, während zweidimensionale (2D) Filmdosisverteilungen unter Verwendung eines 3 erfasst wurden × 3 mm2 Bogen und sowohl 5 × 5 als auch 10 × 10 mm2 3-strahlige koplanare Pläne. Zur Überprüfung der Genauigkeit der Film- und PSD-Dosismessungen wurde ein validiertes Monte-Carlo-Modell (MC) der Quelle verwendet. CAD-Geometrien (Computer Aided Design) für das Mausphantom und die Dosimeter wurden direkt in den MC-Code importiert, um eine hochpräzise Reproduktion der physikalischen Experimentbedingungen zu ermöglichen. Experimentelle und MC-abgeleitete Filmdaten wurden gemeinsam registriert und Filmdosisprofile für Punkte über 90 % des Dosismaximums verglichen. Mit dem PSD erhaltene Punktdosismessungen wurden für jede der in Frage kommenden Behandlungsstellen (Gehirn, Bauch und Tumor) auf ähnliche Weise verglichen.
ERGEBNISSE:
Für jede Behandlungskonfiguration und jedes anatomische Ziel erfüllten die MC-berechneten und gemessenen Dosen das vorgeschlagene Übereinstimmungsziel von 5 % für die Dosisgenauigkeit in radiobiologischen Experimenten. Die 2D-Film- und MC-Dosisverteilungen wurden erfolgreich registriert und es wurde festgestellt, dass die mittleren Dosen für laterale Profile in allen Fällen innerhalb von 2.3 % übereinstimmten. Mit dem PSD durchgeführte isozentrische Punktdosismessungen waren ähnlich konsistent, mit einer maximalen prozentualen Abweichung von 3.2 %.
FAZIT:
Unsere Studie bestätigt den Nutzen des 3D-gedruckten Phantomdesigns für die Bereitstellung genauer Dosisschätzungen für eine Vielzahl präklinischer Behandlungsparadigmen. Als Werkzeug zur Überprüfung der Vorbehandlungsdosis könnte das Phantom für Forscher von besonderem Interesse sein, da es eine präzise Dosimetrie ermöglicht und gleichzeitig die Kosten für radiobiologische Experimente senkt.
N. Esplen, F. Therriault-Proulx, L. Beaulieu, M. Bazalova-Carter.
