Пряничников А.А.1, Симаков А.С.1, Дегтярев И.И.2, Новоскольцев Ф.Н.2, Алтухова Е.В.2, Алтухов Ю.В.2, Синюков Р.Ю.2
В последнее время пучки тяжелых заряженных частиц, таких, например, как протоны и ионы углерода, находят все более широкое применение в лучевой терапии онкологических заболеваний, что обусловлено принципиальной возможностью качественного улучшения пространственных дозных распределений по сравнению с традиционно используемыми в радиационной терапии источниками электронов и γ-квантов, что позволяет радикально снизить дозную нагрузку на прилегающие к опухоли непораженные участки ткани. Одним из ключевых аспектов реализации эффективной протонной и ионной радиотерапии глубокорасположенных опухолей, наряду с качественным планированием, является осуществление контроля корректности облучения в режиме реального времени. В настоящей работе приведены результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований метода детектирования положения пика Брэгга в водном фантоме в режиме реального времени, основанного на регистрации мгновенных вторичных гамма-квантов, рожденных в неупругих ядерных взаимодействиях частиц первичного сканирующего нитевидного пучка протонов, испущенных в ортогональном направлении. Приводятся основные параметры прототипа клинической установки, найденные на основе полномасштабного статистического моделирования связанного переноса многокомпонентного излучения в рамках комплекса RTS&T, реалистичной 3D-модели прототипа установки с использованием щелевого коллиматора, оценки точности определения продольной координаты пика Брэгга, производится выбор оптимального типа сцинтиллятора.
1. Min C.-H., Kim C.H., Youn M.-Y., Kim J.-W. Prompt gamma measurements for locating the dose falloff region in the proton therapy. Applied Physics Letters, 2006, vol. 89, pp. 183517.
2. Testa E., Bajard M., Chevallier M., Dauvergne D., Le Foulher F., Freud N., Létang J.M., Poizata J.C., Ray C., Testa M. Dose profile monitoring with carbon ions by means of prompt-gamma measurements. Nuclear Instruments and Methods, 2009, vol. 267, pp. 993-996.
3. Richter C., Pausch G., Barczyk S., Priegnitz M., Keitz I., Thiele Ju., Smeets Ju., Stappen F.V., Bombelli L., Fiorini C., Hotoiu L., Perali I., Prieels D., Enghardt W., Baumann M. First clinical application of a prompt gamma based in vivo proton range verification system. Radiotherapy&Oncology, 2016, vol. 118, no. 2, pp. 232–237.
4. Blokhin A.I., Degtyarev I.I., Lokhovitskii A.E., Maslov M.A., Yazynin I.A. RTS&T Monte Carlo Code (Facilities and Computation Methods). Proc. SARE-3 Workshop, KEK. Tsukuba, Japan, 1997.
5. Дегтярев И.И., Ляшенко О.А., Лоховицкий А.Е., Язынин И.А., Беляков-Бодин В.И., Блохин А.И. Описание моделирования процессов переноса и геометрии в программе RTS&T. Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия: Ядерные константы, 1999, вып. 2, с. 125-135.
6. Degtyarev I.I., Liashenko O.A., Yazynin I.A., Blokhin A.I., Belyakov-Bodin V.I. Simulation of Relativistic Hadronic Interactions in the Framework of the RTS&T-2004 Code. Proc. Conf. RuPAC XIX. Dubna, 2004.
7. Belyakov-Bodin V.I., Degtyarev I.I., Niita K., Bolotskya V.P., Katinova Yu.V., Nozdracheva V.N., YasudacH. Calorimetric-time-of-flight technique for determination of energy spectra of particles from a high intensity pulsed proton target. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2001, vol. 465, no. 2-3, pp. 346-353. doi.org/10.1016/S0168-9002(01)00692-1
8. Degtyarev I.I., Novoskoltsev F.N., Liashenko O.A., Gulina E.V., Morozova L.V. The RTS&T-2014 code status. Nuclear Energy and Technology, 2015, vol. 1, no. 3, pp. 222-225.
9. Cullen D.E. The 1996 ENDF/B Pre-Processing Codes. IAEA, Vienna, Austria, IAEA-NDS-39, Rev. 9, November, 1996.
10. Niita K., Chiba S., Maruyama T., Maruyama T., Takada H., Fukahori T., Nakahara Ya., Iwamoto A. Analysis of the (N,xN′) reactions by quantum molecular dynamics plus statistical decay model. Physical Review C, 1995, vol. 52, no.4, pp. 2620. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevC.52.2620
11. Salvat F., Fernández-Varea J.M., Sempau J. PENELOPE-2008: A Code System for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport. Proc. Workshop. Barcelona, Spain, 2008.
12. Butson M.J., Cheung T., Yu P.K.N. Absorption spectra variations of EBT radiochromic film from radiation exposure. Physics in Medicine & Biology, 2005, vol. 50, no. 13, N135-40.
13. ISP. GAFCHROMIC®EBT2 Self-developing film for radiotherapy dosimetry, (2009). Available at: http://www.gafchromic.com/ (accessed 23.09.09).
14. Butson M.J., Cheung T., Yu P.K.N., Alnawaf H. Dose and absorption spectra response of EBT2 Gafchromic film to high energy x-rays. Australasian College of Physical Scientists and Engineers in Medicine, 2009, vol. 32, no. 4, pp. 196–202.
15. Martisikova M., Jakel O. Dosimetric properties of Gagchromic®EBT films in medical carbon ion beams. Physics in Medicine & Biology, 2010, vol. 55, pp. 5557-5567.
16. Brons S. et al. The role of nuclear reactions in Monte Carlo calculations of absorbed and biological effective dose distributions in hadron therapy. Proc. 12th Int. Conf. on Nuclear Reaction Mechanisms. VillaVilla Monastero, Varenna, Italy, 2009, pp. 517-525.
17. Le Foulher F., Bajard M., Chevallier M., Dauvergne D., Freud N., Henriquet P., Karkar S., Létang J.M., Lestand L., Plescak R., Ray C., Schardt D., Testa E., Testa M. Monte Carlo simulations of prompt-gamma emission during carbon ion irradiation, in2p3-00480024, version 1-3 May 2010.
18. Polf J. C., Peterson S., Ciangaru G., Gillin M., Beddar S. Measurement and calculation of characteristic prompt gamma ray spectra during proton irradiation. Physics in Medicine & Biology, 2009, vol. 54, pp. N519-527.
