Введение к работе
Актуальность. Важнейшей задачей при планировании лучевой терапии является оптимизация пучков подводимого к пациенту излучения. Для проведения оптимальной лучевой терапии необходимо обеспечить наилучшие условия для облучения опухоли. В идеале, если существует набор установок, производящих нейтроны, можно выбрать наилучший пучок. Достаточно очевидным при решении такой задачи является путь прямых расчетных исследований. С каждым пучком нейтронов проводятся расчетные исследования, в которых вычисляется распределение дозы в больной и здоровой тканях, и после выбирается пучок, наносящий минимальный вред здоровой ткани и максимальный больной. Чаще всего по такому простому пути и идут исследователи.
Более сложна следующая задача, которая появляется, если выбор не получился. То есть, источники не удовлетворяют требованиям, либо к ним нет доступа. В этом случае нужно подобрать такие материалы, проходя через которые источник нейтронов трансформируется в требуемый вид. Опыт таких работ есть, существует и набор материалов для адаптации реакторных пучков, но задача определения оптимальной структуры спектра нейтронов, выбора и размещения фильтров, несмотря на достигнутые успехи, до конца еще не решена.
Цель диссертационной работы состоит в определении предельных параметров для оптимизации терапевтических нейтронных пучков и получения максимального терапевтического эффекта. Для определения предельных параметров используются так называемые функции влияния. Основная идея функций влияния состоит в расчете компонент доз от набора дельтаобразных источников нейтронов, имеющих определенную энергию (энергетическую группу). Далее из этого набора можно путем свертки получить информацию о распределении доз для источника, имеющего произвольный спектр.
Разработанный подход позволит определить предельные параметры нейтронных пучков для бор- нейтрон захватной терапии (БНЗТ), а также структуру энергетического спектра нейтронов, обеспечивающего наилучшее качест-
во терапии. Применение рассчитанных предельных параметров пучка поможет существенно сократить время на получение оптимальных характеристик пучков нейтронов реальных установок.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
Предложена методика на основе функций влияния, которая позволяет определить, какие энергии нейтронов являются предпочтительными для разных видов нейтронной терапии. Имея разные источники нейтронов можно без проведения трудоемких расчетов с помощью функций влияния выбрать наилучший источник с точки зрения максимальной дозы в опухоли и минимальной в здоровой ткани.
Впервые рассчитаны детальные энергетические зависимости основных качественных характеристик пучков нейтронов с точки зрения их применения для лечения злокачественных опухолей. Получены предельные (асимптотические) возможности пучков нейтронов для применения их в нейтронозахватной терапии.
Предложены новые материалы, которые могут быть использованы при формировании пучка нейтронов для целей БНЗТ.
Практическая и научная значимость:
Функции влияния позволяют определить, какие энергии нейтронов являются предпочтительными для нейтронной терапии. Используя полный набор функций влияния, можно построить пространственное распределение доз в фантоме для источника нейтронов произвольной формы без проведения трудоемких расчетов.
С помощью функций влияния осуществляется выбор наилучшего источника с точки зрения максимальной дозы в опухоли и минимальной в здоровой ткани: определены рекордные возможности пучков нейтронов, показатели реальных пучков будут хуже.
Разработанный набор функций влияния позволит существенно сократить область изменения переменных при оптимизации пучков нейтронов для нейтронной терапии.
Получена детальная информация о распределении доз и терапевтических отношений от энергии падающего на фантом (пациента) пучка нейтронов.
Существенно расширен список материалов, которые могут использоваться в процедуре формирования пучка для БНЗТ.
Полученные результаты могут быть использованы при создании информационной системы поддержки конструирования пучков нейтронов для лучевой терапии.
Достоверность и обоснованность представленных в диссертационной работе исследований определяется следующим:
результаты, полученные автором, подтверждены путем сравнения с расчетами по прецизионным программам, реализующими метод Монте-Карло с использованием лучших доступных на настоящее время ядерных данных;
разработанные автором расчетные модели сравнивались с результатами экспериментов, выполненных на ускорителе КГ-2,5 и при проведении сравнительных тестовых расчетных исследований для модельных задач, и показали хорошее совпадение.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 10 научных работах [1]-[10] и представлены на научных конференциях в России и за рубежом:
The 20і International Conference on Transport Theory. July 22-28, 2007, Obninsk, Russia;
13th International Congress on Neutron Capture Therapy. November 3-7, 2008, Villa Vittoria in Florence, Italy;
- XI Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кад
ров - 2009», 29 сентября - 02 октября 2009 г., г. Обнинск.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Полный набор функций влияния, с помощью которого можно построить распределение доз по глубине для источника нейтронов с произвольным спектром без проведения трудоемких расчетов.
Детальные зависимости от энергии основных характеристик пучков нейтронов с точки зрения их применения для целей нейтронной терапии.
Предельные параметры для оптимизации терапевтических нейтронных пучков.
Набор материалов для формирования нейтронных пучков, обеспечивающих оптимальные характеристики для нейтронозахватной терапии.
Личный вклад автора. Постановка задач исследования; разработка и подготовка расчётных моделей; проведение расчётных исследований, анализ и выработка рекомендаций по применению полученных результатов выполнены лично автором диссертации. Участие других специалистов в работах, вошедших в диссертацию, конкретизируется по ходу её изложения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Основной текст диссертации изложен на 125 страницах, приложения приведены на 12 страницах. Диссертация содержит 83 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 100 наименований.
