А. А. ЛИПЕНГОЛЬЦ1, В. Н. БЕЛЯЕВ, К. Н. ЗАЙЦЕВ, В. И. КВАСОВ,
А. А. ПОРТНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Федеральный медицинский биофизический центр им. , Москва.
ОСОБЕННОСТИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО НЕЙТРОННО-РАДИАЦИОННОГО АНАЛИЗА 10В И Gd В ПРОБАХ
ОПУХОЛЕВЫХ ТКАНЕЙ И ПЛАНЫ ЕГО ДАЛЬНЕЙШЕГО
РАЗВИТИЯ НА ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ МИФИ
ДЛЯ ЦЕЛЕЙ НЕЙТРОН-ЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ
Предложена новая методика количественного анализа 10В и Gd в пробах опухолевых тканей при помощи нейтронно-радиационного анализа и проведено ее первичное экспериментальное тестирование. Рассмотрены пути дальнейшего совершенствования инструментального обеспечения количественного определения элементов при помощи спектрометрии мгновенного гамма-излучения на исследовательском реакторе МИФИ и дозиметрического сопровождения сеансов нейтрон-захватной терапии на создаваемом клиническом нейтронном пучке ядерного реактора МИФИ.
, 1, 1,
1,1, 1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Федеральный медицинский биофизический центр им. , Москва.
Распределение препарата с ВИСМУТОМ в организме МЫШЕЙ для РЕАЛИЗАЦИИ фотон-захватной терапии
Изучение распределения препарата с Bi в лекарственной форме проводили на мышах-самках (18-20г) линии CBA×Bl. Препарат вводился животным внутримышечно (интактные) и интратуморально (мыши с перевитой меланомой В16, средний диаметр опухоли – 0,5-1,0 см). Вводимая доза – 0,1 и 0,01 мл с концентрацией Bi 10 и 1 мг/мл. Концентрацию Bi в биопробах определяли методом рентгено-флуоресцентного анализа (xArt-M, (Россия). Т1/2 препарата из мишени составил 35±5 мин. Кривая выведения аппроксимируется однокомпартменной фармакокинетической моделью с коэффициентом корреляции 0,99. Полученные результаты позволяют рекомендовать изучаемый препарат для дальнейших исследований в бинарной лучевой технологии – фотон-захватной терапии.
, 1, 1,
1, 1, 1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Федеральный медицинский биофизический центр им. , Москва.
метод рентгенофлюоресцентного анализа
гадолиния и висмута в биологических тканях
Разработана методика измерения тяжелых элементов методом рентгенофлюоресцентного анализа на анализаторе xArt-M, (Россия) для твердых и жидких образцов. Определены рабочие режимы установки, условия проведения измерений, построены калибровочные зависимости и методы оптимальной обработки данных. В качестве стандартов использованы растворы изучаемых препаратов, стабильных или не подвергающихся деструкции в биологических тканях. Концентрация тяжелых элементов отражает концентрацию препарата в биологических тканях. Методика позволяет определять Gd и Bi с чувствительностью от 0,5 мг/г. Методика была апробирована в фармакокинетических исследованиях фотон-захватной терапии.
Ю. А. ФЕДОТОВ, И. Н. ШЕЙНО1, В. Н. КУЛАКОВ1, В. Ф. ХОХЛОВ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет);
1Федеральный медицинский биофизический центр им. , Москва
Математическая модель динамики
пространственного распределения препаратов
для нейтрон/фотон-захватной терапии
при внутритканевом введении
Предложен метод расчетного определения динамики пространственного распределения препаратов при внутритканевом введении на основе диффузионной модели. Рассмотрены варианты быстрой (болюсной) и медленной инфузии препарата в биологическую ткань. Показано, что предложенный метод удовлетворительно описывает известные экспериментальные данные динамики пространственной миграции препарата в биологической ткани крыс. Расчетные исследования модели показали, что медленное введение препаратов обеспечивает большую концентрацию препарата в области введения. Модель используется при планировании технологий нейтрон/фотон-захватной терапии опухолей, использующих интротуморальное введение гадолиний содержащих препаратов.
, 1, 1
Московский государственный университет им.
1Федеральный медицинский биофизический центр им. , Москва
СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТОВ ПО ПРОГРАММАМ MCNP5
и EGSnrc ПОГЛОЩЕННЫХ ДОЗ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В ГЕТЕРОГЕННЫХ ФАНТОМАХ
ДЛЯ ФОТОН-ЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ
Фотон-захватная терапия основана на облучении низкоэнергетическим рентгеновским или гамма-излучением опухоли, в которую предварительно введен препарат, содержащий тяжелые элементы для усиления фотоэлектрического поглощения первичного фотонного пучка, сопровождающееся повышением дозы излучения в опухоли по сравнению со здоровыми тканями. В настоящей работе изложено сравнение результатов расчетов поглощенной дозы на оси гетерогенного цилиндра с помощью программ MCNP5 и EGSnrc, которые используют метод Монте-Карло. Показано, что различие между результатами расчетов по программам MCNP5 и EGSnrc, как правило, не превышают 1-2% для водных фантомов и 10-15% для тканеэквивалентных фантомов.
И. В. ЩЕГОЛЬКОВ, И. Н. ШЕЙНО1, А. А. МОЛИН1
Московский государственный университет им.
1Федеральный медицинский биофизический центр им. , Москва
ПОЛУЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СПЕКТРА
РЕНТГЕНОВСКОЙ УСТАНОВКИ
Разработана эффективная полуэмпирическая расчетная модель спектра рентгеновской установки. Параметры модели получены по данным аппроксимации экспериментальных данных функций пропускания дозы пластинами из алюминия и меди и расчетными данными по программе EGSnrc. Приведено описание экспериментальной установки, метод проведения эксперимента. Полученные результаты расчетов функций пропускания по модельному спектру показали хорошее совпадение с экспериментальными данными. Полученный спектр с указанными параметрами принят в качестве спектра установки РУСТ-М1, используемой в ФМБЦ им. для радиобиологических экспериментов. Разработанная математическая модель используется также для расчетных исследований технологии фотон-захватной терапии опухолей.
А. В. ЗВЕРЕВА, В. А. КЛИМАНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
РАСЧЕТ ДОЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
В ПРОТОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
С УЧЕТОМ НЕГОМОГЕННОСТЕЙ
Разработан алгоритм и создан программный модуль для расчета дозовых распределений в организме пациента при протонной лучевой терапии онкологических заболеваний. Особенностью алгоритма, основанного на концепции тонкого луча, является возможность расчета доз в многомерной геометрии с учетом негомогенностей. Для учета уширения пучка используется Гауссовское приближение. Дозовое распределение для широкого пучка в гетерогенности получено масштабированием D∞(0,0,z,E) для воды. D∞(0,0,z,E) – это глубинное дозовое распределение вдоль центральной оси пучка, достаточно широкого для того, чтобы обеспечить выполнение условия поперечного электронного равновесия. Значения D∞(0,0,z,E) могут быть измерены экспериментально или рассчитаны методом Монте-Карло.
Н. Б. БЕЗРОДНАЯ, Е. А. ПРОТАСОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ СПИН-РЕШЕТОЧНОЙ МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ПАЛЬЦЕ РУКИ ЧЕЛОВЕКА
На специально изготовленном ЯМР-релаксометре проведены тестовые измерения времени спин-решеточной релаксации Т1 в пальце руки человека. В данном релаксометре применяется двойная модуляция магнитного поля, что повышает чувствительность и стабильность его работы. Управление работой релаксометра, установка рабочих параметров и расчет времени релаксации осуществляется с помощью персонального компьютера.
Определены зависимости Т1 пальца руки человека от суточного времени, в том числе с контрольными измерениями концентрации глюкозы в крови. В данной работе представлена модель, объясняющая разницу в поведении времени релаксации в водных растворах глюкозы и в крови человека.
В. С. БОЖКО, А. П. ЕРМИЛОВ
НТЦ «Амплитуда», Россия, Зеленоград
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧЕЧНОЙ УРОДИНАМИКИ С ПОМОЩЬЮ СОВРЕМЕННЫХ РЕНОГРАФИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Ренограф реализует метод исследования, который основывается на регистрации зависимости от времени интенсивности гамма-излучения радиофармпрепарата (РФП) при прохождении РФП через мочевыводящую систему (МВС) и позволяет решить задачу экспрессного выявления патологических изменений в МВС.
Активность РФП в различных органах определяют с помощью трех детекторов, которые регистрируют гамма-излучение р/н из левой почки, из правой почки и из области «сердце-легкое».
Принципиальная новизна прибора состоит в возможности визуализации ангиографических кривых почечных детекторов и детектора «сердце-легкое», более узкой области детектирования и возможностью обработки результатов в операционной системе Windows с помощью стандартных редакторов.
А. А. ЛЕГЕНЬКИЙ, В. К. САХАРОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК
ПОЛЕЙ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ВЫХОДЕ КАНАЛА ГЭК-1 ИРТ МИФИ
К ПАРАМЕТРАМ АЛЮМИНИЕВОГО ФОРМИРОВАТЕЛЯ
Методом Монте-Карло по программе MCNP, используя локальную оценку потока, выполнены расчеты характеристик полей нейтронов и вторичных фотонов на выходе коллиматора установки для нейтрон-захватной терапии на канале ГЭК-1 ИРТ МИФИ при различных размерах алюминиевого формирователя. Рассчитаны плотности потоков и керма нейтронов различных энергетических групп, керма вторичных фотонов. Оценены вклады «паразитного» излучения в характеристики полей, даны рекомендации по выбору оптимальных размеров формирователя.
С. А. ГОНЧУКОВ, Д. Н. БАХМУТОВ1, А. В. СУХИНИНА,
О. О. ЯНУШЕВИЧ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Московский государственный медико-стоматологический университет
ФЛЮОРЕСЦЕНТНАЯ ДИАГНОСТИКА ПАРОДОНТИТА
Работа направлена на создание оперативного и неинвазивного метода детектирования над - и поддесневых зубных камней, образование которых ведёт к развитию тяжёлого стоматологического заболевания – пародонтита, заканчивающегося потерей зубов. На практике диагностика и лечение этого заболевания традиционно проводится визуально и тактильно. Это обстоятельство не позволяет в полной мере устранить зубные камни или они устраняются одновременно с твердыми тканями зуба. В данной работе экспериментально показано, что наличие или отсутствие зубных камней можно быстро детектировать путём регистрации спектра флюоресценции в видимом диапазоне длин волн, не повреждая при этом твердые ткани зуба.
С. А. ГОНЧУКОВ, О. В. ВОЙТЕНОК, В. М. ЕРМАЧЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МИКРОСКОПИЯ НА ОСНОВЕ ИНЖЕКЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ
В ЛАЗЕР
Известно, что инжектируемое внутрь лазера излучение может существенно влиять на параметры лазерной генерации. Величина отклика лазера на инжекцию зависит, в частности, от пространственного согласования лазера с отражающим объектом. Это согласование имеет специфический характер, что может быть использовано для повышения продольного разрешения оптической микроскопии. Данный подход в области микроскопии, предложенный авторами настоящей работы, является новым. Исследовано влияние параметров лазера и оптической схемы согласования отражателя с лазером на чувствительность и пространственное разрешение при зондировании объектов в глубину. Проведена оценка выигрыша в пространственном разрешении за счет использования инжекции.
С. А. ГОНЧУКОВ, А. А. МАРКОЛИЯ, М. В. МОШНИН,
О. О. ПАРЕНАГО1, О. И. ПОКРОВСКИЙ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт Общей и Неорганической Химии РАН, Москва
ПОЛУЧЕНИЕ ЛЕЧЕБНЫХ ПСОРАЛЕНОВ С ПОМОЩЬЮ СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ФЛЮИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Разработан метод анализа и наработки лечебных псораленов для их применения в лечебной дерматологической практике. Метод основан на сверхкритической флюидной экстракции с использованием двууглекислого газа. Оптимизированы параметры экстракции основных лечебных метоксипсораленов. Исследованы оптические характеристики (рефракция, оптическое вращение, спектры поглощения и флюоресценции) псораленов с целью их идентификации. Исследована возможность экстракции чистых лечебных псораленов из различных эндемических растений.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ .
П. А. СОКОЛОВ, Л. М. ФАДЕЕВА1, О. В. КЛИМЧУК2
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1ГУ НИИ нейрохирургии им. акад. РАМН, Москва
2НПЦ медицинской помощи детям, Москва
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА САМОДИФФУЗИИ
В МОДЕЛЬНЫХ СРЕДАХ МЕТОДОМ МРТ
Предложен метод измерения коэффициента самодиффузии в модельной среде с помощью построения диффузионных карт. В качестве модельной среды была выбрана дистиллированная вода. Этот метод является более быстрым по сравнению с аналогичным методом, который основан на исследовании зависимости падения магнитно-резонансного сигнала вследствие диффузионного движения протонов от степени диффузионного взвешивания. Приведены описание экспериментальной установки, формулы, лежащие в основе сравниваемых методов, и результаты анализа измеренной информации. Оценивается близость экспериментальных значений к справочным, длительность исследований и погрешность измерений.
Д. В. ПЯШИНА, А. М. ТУРКИН1, Л. М. ФАДЕЕВА1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1 ГУ НИИ нейрохирургии им. акад. РАМН, Москва
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ СВОЙСТВ ВОДЫ
В ТКАНЯХ МОЗГА IN-VIVO
МЕТОДОМ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ
Методом магнитно-резонансной томографии (МРТ) исследованы диффузионные свойства молекул воды в тканях мозга. Скорость диффузионного движения молекул воды в тканях мозга определяется in-vivo, по картам коэффициента диффузии в ткани без учета анизотропии диффузии – ИКД картам, построенным по данным диффузионной МРТ. Исследования проводили на МР сканере с полем 1,5 Тл в группе здоровых добровольцев (n=3 , средний возраст 22г.) и в группе больных с заболеваниями головного мозга (вазогенный отек, ишемия, лучевой некроз, рассеянный склероз). Значения фактора диффузии b составляли 500, 1000, 1500, 2000 и 3000с/мм2. Приведены временная диаграмма импульсной последовательности для ДВ МРТ, формулы, лежащие в основе метода и результаты анализа измеренной информации. Оценивается влияние параметров ДВ ИП на величину отношения сигнал-шум и контраст-шум томограмм и диффузионных карт.
, В. И. ГРАФУТИН1, ,
Мьо Зо Хтут, Ю. В. ФУНТИКОВ1,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1, Москва
спектрометр угловых корреляций «Квант-ТМР»
В работе приведено описание спектрометра угловых корреляций аннигиляционного излучения «Квант-ТМР». Основу системы управления составляет IBM-совместимая плата счётчиков-таймеров и ввода/вывода цифровой информации типа ЛА-ТМР. Спектрометр обеспечивает высокую скорость набора информации (до ~100 совп./с в пике кривой при угловом разрешении 1 мрад), долговременное проведение экспериментов, контроль работоспособности блоков установки и обработку поступающей информации непосредственно в течение эксперимента.
В. С. ТРОХИН, А. Е. ПОДОПРИГОРА1, Л. М. ФАДЕЕВА1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1ГУ НИИ нейрохирургии им. акад. РАМН, Москва
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА МЕТАБОЛИТОВ
ТКАНЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА IN VIVO МЕТОДОМ
ФОСФОРНОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Рассмотрен метод определения состава метаболитов энергетического обмена тканей головного мозга методом фосфорной магнитно-резонаной спектроскопии (31Р МРС). 31Р МРС спектры получены на МР сканере с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Метод апробирован на модельной среде (фантом), в группе здоровых добровольцев (n=6, средний возраст 23 г) и в группе пациентов со сниженным энергетически обменом в тканях мозга. Приведены описание измерительной системы, алгоритм настройки МР сканера, формулы, лежащие в основе метода и результаты измерений. Оценивается влияние выбора параметров импульсной последовательности при измерении и обработке полученных спектров на разрешение и величину отношения сигнал-шум спектров.
Н. В. БАШАРУЛИ, В. Н. БЕЛЯЕВ, С. В. БЕЛЯЕВ, А. А. КОККАНЕН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ИТЕРАЦИОННЫЕ АЛГОРИТМЫ
РЕКОНСТРУКЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
В КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
В основе современной радионуклидной диагностики органов человека лежит количественная оценка характера накопления и распределения радиофармпрепаратов, а также исследование биологических процессов в динамике.
От детекторов излучения, геометрии сканеров и математических алгоритмов реконструкции изображений зависит точность диагностики заболеваний. Создан пакет программ, реализующий следующие алгоритмы: простое обратное проецирование, обратное проецирование с фильтрацией, итеративный метод наименьших квадратов и двумерная фильтрация с использованием Фурье-преобразования.
В. Н. БЕЛЯЕВ, Т. С. БРАНТОВА, М. М. КРУТИКОВА
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ГАММА-ЛОКАТОР НА ОСНОВЕ SiPM ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ
ДИАГНОСТИКИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ
Исследована возможность создания гамма-локатора для оперативной диагностики в ходе проведения онкологической операции. Под гамма-локатором подразумевается медицинский прибор в виде щупа, диаметр которого ~1 см и длина 15-20 см. Щуп должен включать в себя детектор излучения и электронику. Проведены измерения, показавшие возможность использования в качестве регистрирующей части прибора сцинтилляционного детектора на основе сцинтилляционных кристаллах LYSO и LSO и фотодетектора SiPM. Предложено схемотехническое решение оперативного гамма-локатора, включающее в себя разработку схемы дифференциального дискриминатора и счетчика с индикацией. Изготовлен работающий макет оперативного гамма-локатора, представляющий собой регистрирующий щуп и модуль электроники.
В. Н. БЕЛЯЕВ, Е. В. ГРОМУШКИНА, Д. А. ИОНОВ, А. Р.КОРИГОДСКИЙ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Российский химико-технологический университет им. , Москва
ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОПОРИСТЫХ МЕМБРАН
МЕТОДОМ АННИГИЛЯЦИОННЫХ ПОЗИТРОНОВ
В медицине для аппарата “искусственное легкое” активно используются нанопористые мембраны, позволяющие проводить газоразделение для оксигенации. Размер пор влияет на эффективность аппаратов, созданных на их основе. В данной работе проводятся измерения времени жизни аннигиляционных позитронов в таких мембранах, что позволяет судить о размерах пор.
Для контроля размера мембранных пор в работе предлагается снимать аннигиляционные спектры позитронов в материале. Форма аннигиляционных кривых обуславливается состоянием материала, в котором происходит этот процесс, а также наличием в нём примесей, дефектов и комплексов. Все эти нерегулярности воздействуют на электронную структуру материала, и находят своё отражение и в спектрах аннигиляции.
А. В. ШАПОВАЛОВ, В. Н. БЕЛЯЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ МЕТОДОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ТРЕХМЕРНЫХ СТРУКТУР
Исследованы современные методы визуализации трехмерных изображений. С помощью графических библиотек OpenGl, DirectX, которые лежат в основе компьютерных игр, можно создать быстрый (онлайновый) механизм построения сложных трехмерных структур. Главной задачей программного комплекса было получение динамической реалистичной (натуральной) 3D-картины, построенной на основе поступающих данных в режиме реального времени.
Были разработаны основные графические механизмы, которые будут использованы в будущем программном комплексе. С их помощью были созданы небольшие демонстрационные проекты симуляции реального поведения сложных для визуализации объектов.
Идеи, заложенные в будущий графический комплекс, делают его универсальным и дают возможность применения этого инструмента в любых областях науки.
В. И. БАСКАКОВ, С. В. БЕЛЯЕВ, А. И. СКУРАТОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
В ТОМОГРАФАХ С ВЕЕРНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ
Создание специального типа дискретных томографов, которые могут быть использованы при исследовании внутренней структуры объектов, состоящих из нескольких известных гомогенных материалов, позволяет при меньшем числе проекций и детекторов получать высокую контрастность изображений.
Дискретные томографы с веерной геометрией находят применение в неразрушающем контроле объектов с использованием рентгеновского излучения и нейтронов.
