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Very High-Energy Electrons (VHEE) present a promising innovation in radiation therapy (RT), particularly for the treatment of deep-seated tumors using Ultra High Dose Rate (UHDR) within the framework of FLASH-RT. VHEE offers significant advantages, such as improved tumor targeting, reduced treatment times, and potential utilization of the FLASH effect, which may minimize normal tissue toxicity. However, the lack of an international technical standard for VHEE systems, especially for UHDR applications, remains a critical challenge. Current standards for radiation therapy equipment, such as IEC 60601-2-1 and IEC 60601-2-64, do not encompass VHEE technology. This regulatory gap underscores the need for developing a structured international standard to ensure the basic safety and essential performance of VHEE medical devices. Addressing this challenge requires overcoming complex dose delivery issues, such as the interaction of multiple fields and beam conformality and incorporating novel techniques like broad beam or pencil beam scanning. Establishing comprehensive regulatory standards is essential to ensure patient safety, consistent treatment practices, and the successful clinical integration of VHEE systems. These standards must encompass design guidelines, radiation protection protocols, and integration with existing oncology practices. Collaborative research and development efforts are crucial to formulating evidence-based guidelines, fostering the safe and effective use of VHEE in clinical settings. By addressing these challenges, VHEE technology has the potential to revolutionize cancer therapy, particularly for deep-seated tumors, while enhancing therapeutic outcomes for patients.

The FLASH effect is a radiobiological phenomenon that has garnered considerable interest in the clinical field. Pre-clinical experimental studies have highlighted its potential to reduce side effects on healthy tissues while maintaining isoeffectiveness on tumor tissues, thus widening the therapeutic window and enhancing the effectiveness of radiotherapy. The FLASH effect is achieved through the administration of the complete therapeutic radiation dose within a brief time frame, shorter than 200 milliseconds, and, therefore, utilizing remarkably high average dose rates above at least 40 Gy/s. Despite its potential in radiotherapy, the radiobiological mechanisms governing this effect and its quantitative relationship with temporal parameters of the radiation beam, such as dose-rate, dose-per-pulse, and average dose-rate within the pulse, remain inadequately elucidated. A more profound comprehension of these underlying mechanisms is imperative to optimize the clinical application and translation of the FLASH effect into routine practice. Due to the aforementioned factors, the undertaking of quantitative radiobiological investigations becomes imperative, necessitating the utilization of sophisticated and adaptable apparatus capable of generating radiation beams with exceedingly high dose-rates and dose-per-pulse characteristics. This study presents a comprehensive account of the design and operational capabilities of a Linear Accelerator (LINAC) explicitly tailored for FLASH radiotherapy research purposes. Termed the “ElectronFlash” (EF) LINAC, this specialized system employs a low-energy configuration (7 and 9 MeV) and incorporates a triode gun. The EF LINAC is currently operational at the Centro Pisano FLASH Radiotherapy (CPFR) facility located in Pisa, Italy. Lastly, this study presents specific instances exemplifying the LINAC’s adaptability, enabling the execution of hitherto unprecedented experiments. By enabling independent variations of the temporal parameters of the radiation beam implicated in the FLASH effect, these experiments facilitate the acquisition of quantitative data concerning the effect’s dependence on these specific parameters. This novel approach hopefully contributes to a more comprehensive understanding of the FLASH effect, shedding light on its intricate radiobiological behavior and offering valuable insights for optimizing its clinical implementation.

In questo lavoro vengono riportati i risultati a breve termine di uno studio prospettico, finalizzato alla valutazione strumentale della funzionalità deglutitoria in pazienti affetti da tumore del rinofaringe e orofaringe sottoposti a trattamento radio o radiochemioterapico con tecnica ad intensità modulata (IMRT). L’ IMRT è stata finalizzata, oltre che al miglioramento della conformazione della dose radiante al volume tumorale, alla riduzione della stessa alle strutture responsabili della deglutizione (SWOARs). I criteri dello studio hanno previsto in tutti i pazienti la valutazione strumentale della deglutizione con Videofluoroscopia (VFS), Fibroscopia Endoscopica della deglutizione (FEES) e Scintigrafia Orofaringea (OPES) prima dell’inizio del trattamento e ad 1 mese dal termine dello stesso. Ogni esame è stato eseguito rispettivamente in seguito all’assunzione di un bolo liquido (L) e semiliquido (SL) e per ognuno sono stati calcolati i seguenti valori strumentali: presenza o meno di caduta pre-deglutitoria, presenza o meno di aspirazione, tempo di transito faringeo (PTT) ed indice di ritenzione ipofaringeo (HPRI). Dal Gennaio 2012 al Giugno 2013, un totale di 20 pazienti ha terminato il trattamento ed ha eseguito la valutazione strumentale a 1 mese dal termine della radioterapia. Il confronto tra i valori dell’HPRI prima e dopo il trattamento radiante ha mostrato un peggioramento significativo sia alla FEES-L (p = 0,021) e SL (p = 0,02) che alla VFS-L (p = 0,008) che SL (p = 0,005). Inoltre è stata riscontrata una significativa correlazione tra i valori dell’HPRI basale ed a 1 mese alla FEES-L e SL (p = 0,005) così come alla VFS-L e SL (p < 0,001). Diversamente, il tempo di transito faringeo (PTT) non è risultato essere influenzato dalla radioterapia (p > 0,2). Solo in pochi pazienti è stata riscontrata la comparsa di caduta pre-deglutitoria ( 1 paziente con tumore della base linguale alla FEES-L e SL) e la presenza di aspirazione (1 paziente con tumore del rinofaringe alla OPES-L e FEES-SL). Nel complesso i risultati iniziali del nostro studio mostrano che l’ IMRT, finalizzata al risparmio delle SWOARs, determina soltanto un significativo incremento della ritenzione di bolo a livello del distretto ipofaringeo. Un follow-up più lungo sarà necessario per valutare se tale incremento sia associato o meno ad un maggior rischio di sviluppare fenomeni di aspirazione tardivi.