ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ ТРЁХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ ДЛЯ
МОДИФИКАЦИИ КРИВОЙ БРЭГГА В ПУЧКАХ
ИОНОВ УГЛЕРОДА
1,2, 1, 1,2, 1,2,
1,2, 1, 3, 2
1 Медицинский радиологический научный центр им. - филиал федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Обнинск
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации - Институт физики высоких
энергий» - Национальный исследовательский центр
«Курчатовский институт», Протвино
3 Центр молодёжного инновационного творчества «Модель спектр»,
Обнинск
E-mail: *****@***obninsk. ru
Ионная лучевая терапия - один из наиболее перспективных методов терапии злокачественных новообразований, который приобретает всё большую популярность в мировой практике [1]. Однако непосредственное применение этой технологии в медицине сопряжено с решением широкого круга задач, включая изучение фундаментальных аспектов взаимодействия ионизирующих излучений и вещества. Использование средств пассивной модификации типа «гребенчатый фильтр» [2] позволяет эффективно и целенаправленно изменять характеристики дозного поля в объеме облучения, что, в свою очередь, даёт возможность качественной оценки радиобиологических закономерностей (ОБЭ-ЛПЭ и др.). В рамках настоящего исследования особый интерес представляла разработка принципиальных и конструктивных решений с целью обеспечения одинакового значение дозы при облучении чашек Карреля с монослоями клеточных культур (V-79, меланома B-16) одновременно при значимых отличиях в спектрах ЛПЭ.
При построении математических моделей фильтров и объектов облучения использовались программные средства на базе Geant4 [3], ROOT [4], Python+scipy [5] совместно с разработанными программными средствами NPLibrary [6, 7]. Физические и радиобиологические эксперименты проводились на временном радиобиологическом стенде (ВРБС, рис.1) ускорителя У-70 (EC = 455 МэВ/нуклон) под контролем ионизационных камер ТМ30010, ТМ30011 (калиброваны по 60Co), монитора нейтронов на базе сферического детектора LiF (калиброван по Pu), а также радиохромных плёнок Gafchromic EBT3. Фильтр расчётной конструкции (рис. 1) был изготовлен из ABS-пластика на 3D-принтере Dimension Elite в ЦМИТ «Модель Спектр».
Рис. 1. Общий вид ВРБС при облучении монослоёв клеточных культур. На передней стенке водного фантома - изготовленный фильтр.
Было показано, что возможные отличия в составе ABS-пластика при сохранении его плотности не влияют на характеристики дозного и ЛПЭ распределений в водном фантоме. Для обеспечения поставленной задачи, на основе результатов моделирования, был подобран фильтр, конструктивно состоящий из 40 секций; каждая секция представляла собой 5 полос толщиной 340 мкм с высотами 6, 4, 2, 1.6 и 1 мм. Это позволило обеспечить одинаковую (с точностью 1%) дозу в вплотную расположенных монослоях при различном среднедозном ЛПЭ (80±5 КэВ/мкм и 160±10 КэВ/мкм) для любого расположения чашек Карелля в пределах 3 мм. На рис. 2 представлены результаты физико-дозиметрической верификации изготовленного «гребенчатого фильтра» различными системами.
Рис. 2. Результаты прямой дозиметрии кривых Брегга
Помимо применения в рамках поставленной задачи, фильтр был использован при облучении животных-опухоленосителей (крыс с привитой саркомой М-1). Также была разработана общая методика, позволяющая «конструировать» фильтр с задаваемыми характеристиками дозного поля и ЛПЭ-распределения в моноэнергетическом пучке ионов углерода. В последующих работах предполагается рассмотреть более общий подход к разработке средств пассивной модификации пучков заряженных ионов широкого диапазона энергий, в частности, углерода 85-350 МэВ/нуклон, что покрывает диапазоны практического клинического применения.
Библиографический список
Linz U. Ion Beam Therapy. Fundamentals, Technology, Clinical Applications – Berlin: Springer, 2011. Ringbaek T. P., Weber U., et al, Monte Carlo simulations of new 2D ripple filters for particle therapy facilities // Acta Oncol., No. 53(1), 2014. pp. 40-49. http://geant4.web.cern.ch Geant4: A toolkit for the simulation of the passage of particles through matter. 1@0I5=85 : @*****@***06.10.2015 https://root.cern.ch/ ROOT a Data analysis Framework. 1@0I5=85 : @*****@***06.10.2015 http://scipy.org/ SciPy.org. 1@0I5=85 : @*****@***06.10.2015 Solovev A. N., Chernukha A. E., Stepanova U. A., Fedorov V. V. Gent4-based hadron interaction optimization framework // Book of Abstracts / Third International Conference on Radiation and Dosimetry in Various Fields of Research, RAD 2015. Budva, Montenegro. 2015. P. 277. Solovev A. N., Stepanova U. A., Uliyanenko S. E., Chernukha A. E., Fedorov V. V. Geant4-based framework for hadronic radiotherapy simulations // International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, No. 10 Sup. 1, June 2015. P. 201.Сведения об авторах
– инженер, г
– инженер, г
– инженер, г
– инженер, г
– к. б.н., с. н.с, г
– к. ф.-м. н., в. н.с., г
– директор ЦМИТ «Модель спектр», г
–.к. ф.-м. н., вед. инженер, г
Вид доклада: устный / стендовый
