ДОЗОВЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОНКОГО ЛУЧА НЕЙТРОНОВ В ВОДЕ В ДИСКРЕТНОЙ ФОРМЕ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО, И ИХ АНАЛИТИЧЕСКАЯ АППРОКСИМАЦИЯ. Выполнил: аспирант МИФИ Моисеев А. Н. Научный руководитель: д.ф.м.н., проф. Климанов В. А.

Введение Лучевая терапия – один из основных методов терапии в онкологии. «Традиционные» методы ЛТ: терапия тормозным, гамма и электронным излучением. «Альтернативные» методы ЛТ: адронная терапия (заряженные ионы, нейтроны) и радионуклидная терапия.

Клиническое применение нейтронных пучков Можно выделить два основных направления развития терапии нейтронными пучками: Терапия быстрыми нейтронами: –Дозовое распределение аналогично фотонному, с вытекающими отсюда достоинствами и недостатками метода. –Отдельные преимущества: практически отсутствует кислородный эффект, большая плотность двунитевых разрывов ДНК и независимость радиочувствительности от стадий клеточного цикла. –Недостатки: сложный расчёт доз и дозиметрия, осложнения при лечении и др. Нейтронозахватная терапия: –Основана на резонансном захвате тепловых нейтронов некоторыми ядрами ( 10 B, 157 Gd), которые включаются в соответствующие ФП; –Улучшенное соотношение дозы в опухоли к дозе в тканях достигается двумя путями: локальное облучение и накопление ФП в опухоли; –Недостатки: сложность в получении борсодержащих фармакологических препаратов, сложный расчёт доз и др.

Планирование ЛТ нейтронами На данный момент практически отсутствуют универсальные коммерческие системы планирования лучевой терапии. Есть попытки использовать метод Монте- Карло, но проблемы с заданием геометрии и большим временем расчёта не решены. Другое возможное решение этой ситуации – использование одного из методов с общим названием «тонкий луч»: –Конечный тонкий луч Тонкий луч –Дифференциальный тонкий луч

Трудности расчёта доз от быстрых нейтронов: Зависимость дозового распределения от изотопного состава среды. Наличие вторичного гамма-излучения. Зависимость процессов, протекающих при взаимодействии нейтронов со средой, от энергии нейтронов. Отсутствие универсальных моделей учёта гетерогенностей. Относительная сложность в проведении дозиметрии и, следовательно, в наличии исчерпывающих данных

Этапы работы Получение библиотеки дозовых ядер ТЛ Разработка алгоритмов аппроксимации данных непрерывными функциями Поиск оптимальных алгоритмов интегрирования для максимального уменьшения времени расчёта Разработка адекватных методов учёта негомогенностей ткани и нерегулярности поверхности пациента Проверка данных и работоспособности метода по другим работам Практическая проверка алгоритма

Геометрия для расчёта дозовых ядер по методу Монте- Карло в программе MCNP4C2 Среда – водный (H2O, плотность = 1 г/см3) цилиндрический фантом диаметром 150см и глубиной 60см. Сетка данных (в виде кольцевых ячеек в фантоме) построена на паре (радиус глубина). Всего 16 значений по глубине и 20 – по радиусу. Данные получены для 28 групп энергий в диапазоне ,5 МэВ и 10 моно-линий в диапазоне 17,5 – 60 МэВ.

Сравнение керма коэффициентов, полученных по ММК в данной работе (окружности) и приведённых в работе [1] (точки)

Графический вид дозовых ядер ТЛ нейтронов с энергией 40 МэВ Зависимость кермы нерассеянного нейтронного излучения с энергией 40 МеВ от глубины в фантоме

Аналитическая аппроксимация дозовых ядер Дозовое ядро первичного излучения Дозовое ядро рассеянного нейтронного излучения Дозовое ядро вторичного гамма-излучения

Аппроксимации дискретного ядра рассеянного излучения аналитическими функциями где и - непрерывные функции координаты z N – число членов разложения

График зависимости дозы рассеянного нейтронного излучения от расстояния до оси фантома; z = 1,5 см, Е = 40 МэВ; кривая – аппроксимация, точки – данные ММК

График зависимости дозы от рассеянного нейтронного излучения на оси пучка от размеров пучка; z = 1,5 см, Е = 40 МэВ; точки – данные ММК, кривая – аппроксимация разложением по 5 экспоненциальным членам

График зависимости дозы от вторичного гамма-излучения на оси пучка от размеров пучка; z = 1,5 см, Е = 40 МэВ точки – данные ММК, кривая - аппроксимация

База данных дозовых ядер

Задание спектра

Графическое представление данных