ДОЗОВЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОНКОГО ЛУЧА НЕЙТРОНОВ В ВОДЕ В ДИСКРЕТНОЙ ФОРМЕ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО, И ИХ АНАЛИТИЧЕСКАЯ АППРОКСИМАЦИЯ. Выполнил: аспирант. - презентация

1 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.

2 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.

3 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.

4 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

5 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

6 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

7 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.

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

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

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

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

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

13 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

14 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

15 База данных дозовых ядер

16 Задание спектра

17 Графическое представление данных