Эффективность передачи дозы биологическим объектам пучками фотонов и электронов

• Автор: Черняев, Александр Петрович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 306 с. : ил.

I. Обзор литературы

1.1. Пучки частиц в лучевой терапии

1.1.1. Методы лучевой терапии на пучках фотонов и электронов

1.1.2. Сравнение методов лучевой терапии фотонами и электронами и другими частицами: протонами, ионами, нейтронами, пионами

1.2. Роль вторичных частиц в формировании дозы

1.3. Влияние характеристик пучка на ОБЭ пучков фотонов и

заряженных частиц

1.4. Способы облучения мишени

1.5. Методы использования магнитного поля при облучении

мишени

1.6. Методы учета влияния неоднородностей на распределение

дозы
И. Разработка математических моделей и программного обеспечения для моделирования взаимодействия пучков фотонов и электронов с тканеэквивалентной средой
2.1. Модели фантома человека
2.1.1. Экспериментальная модель фантома человека
2.1.2. Математическая модель фантома человека
2.2. Аналитическое описание распределения дозы пучков фотонов и
электронов в веществе
2.3. Метод моделирования распределений дозы и вторичных частиц в веществе с использованием библиотек программ

GEANT3-4 и EGS4
2.4. Схема эксперимента и модель магнитной системы
III. Моделирование распределений дозы при облучении пучками фотонов и
электронов мишени, расположенной в магнитном поле
3.1. Влияние продольного и поперечного магнитного поля на распределение дозы пучков фотонов и электронов
3.2. Моделирование вторичных процессов при взаимодействии пучков фотонов и электронов со средой
3.2.1. Вторичные процессы при прохождении у-излучения через вещество
3.2.2. Вторичные процессы при прохождении электронов через вещество
3.2.3. Механизмы формирования поглощенной дозы пучков фотонов и электронов в среде
3.3. Расчеты распределений дозы пучков электронов в тканеэквивалентной среде, расположенной в поперечном магнитном поле
3.3.1. Зависимость распределения дозы от размера пучка электронов и величины магнитного поля
3.3.2. Влияние на пространственное распределение дозы и энергии
электронов
3.3.3. Оценка эффективности облучения мишени, расположенной в магнитном поле, пучком электронов
3.3.4. Профили и пространственное представление распределения дозы
3.3.5. Метод уменьшения разброса пучка в пространстве
3.3.6. Метод получения равномерного распределения дозы в объеме мишени
3.4. Моделирование распределения дозы пучков фотонов в тканеэквивалентной среде
3.4.1. Влияние энергии фотонов, величины пространственного распределения магнитного поля на распределение дозы
3.4.2. Метод получения на пучках фотонов равномерного распределения дозы в объеме мишени
3.5. Моделирование распределения дозы пучков позитронов
3.5.1. Сравнение рассчитанных распределений дозы пучков электронов и позитронов
3.5.2. Метод лучевой терапии на пучке позитронов
3.6. Облучение мишеней в магнитном поле с разных сторон
IV. Экспериментальные исследования распределений дозы пучков фотонов и электронов
4.1. Описание экспериментальной установки для измерения глубинных распределений дозы
4.2. Измерения параметров пучка электронов и распределения поля
магнита
4.3. Измерение распределения дозы пучков фотонов и электронов
в веществе при энергии 25 и 50 МэВ
V. Оценка погрешностей методов лучевой терапии пучками фотонов и электронов в биологических тканях
5.1. Оценка погрешностей при прохождении пучками фотонов
неоднородных биологических сред
5.1.1. Оценка точности некоторых известных методов
дозиметр ическоголанирования
5.1.2. Оценка погрешностей распределения дозы математической модели фантома человека
5.2. Оценка погрешностей поглощенной дозы от продуктов фотоядерных реакций
5.2.1. Методы оценки и анализа экспериментальных данных
5.2.2. Оценка сечений и энергетических спектров фотоядерных реакций на ядрах С12, О16, N14

Продукты фотоядерных реакций увеличивают значение ОБЭ на 1% -3% по данным работы [23]. ОБЭ зависит не только от энергии падающих фотонов, но и от величины и фракционирования поглощенной дозы.
Для поглощенных доз 7 -12 Гр тормозного у-излучения с максимальной энергией 50 МэВ ОБЭ составляет 1.12- 1.14 [55]. При дозах 2 Гр, передаваемых трижды с интервалом в 4 часа, ОБЭ оказывается выше -1.17 . Для Е““‘= 20 МэВ на этом же ускорителе, измеренное при тех же дозах значение ОБЭ = 0.99-1.00. Этими же авторами в [56] приводится значение ОБЭ = 1.06 -1.10 для Е““с=50 МэВ. Биологические эффекты, к которым применяются указанные значения, приведены в таблице 3.
В работе [43] предложен метод оценки дозы продуктов фотоядерных реакций, основанный на микродозиметрических измерениях и его влияние на величину ОБЭ. На его основе для пучка тормозных фотонов с Е|““=50 МэВ вычислен вклад фотоядерных реакций в общую дозу, который составил 2%, а также выполнена оценка ОБЭ с учетом их вклада. При дозе 10 Гр величина ОБЭ составила 1.09, а при фракционировании дозы по 2 Гр ОБЭ возростало до 1.13.
В работе [45] для оценки ОБЭ использован тормозной спектр фотонов, рассчитанный методом Монте-Карло, и экспериментальные сечения фотоядерных реакций. На основании этого вычислялась доза, передаваемая тканям продуктами фотоядерных реакций. Поглощенная доза от тормозных фотонов с Е"“‘=50 МэВ в мягких тканях составляет (0.11-0.12)±0.05% на глубине 5.5 см, а в костях на 45% больше. С учетом продуктов всех реакций (п, р, 3Не, 4Не, ядер отдачи), образующиеся в тканях и в ускорителе, и также вклад у-квантов, возникающих при аннигиляции позитронов, снятии возбуждения ядер и наведенной радиоактивности для мягких тканей ОБЭ возрастает до 0.15±0.08%. Оценено значение ОБЭ вторичных частиц, имеющих среднюю энергию: протонов с энергией Ер=7.0 МэВ - 1.5+0.1, нейтронов с Еп=6.5 МэВ