Дозиметрия терапевтического протонного пучка фазотрона ОИЯИ на основе полимерных плёнок Gafchromic EBT-3

Проблема роста числа онкологических заболеваний с каждым годом
становится все более актуальной. Всемирная организация здравоохранения
выдает неутешительную статистику, на основании которой, можно сделать
вывод о том, что каждый год от онкологических заболеваний в мире умирают
более 8 млн. человек. В мире в 2012 году было выявлено более 14 миллионов
новых случаев заболевания; 8,2 млн. больных умерло [1]. В России на конец
2012 года на учете в онкологических учреждениях состояли более трех мил-
лионов больных. За последние 10 лет число больных с онкологическими за-
болеваниями в стране увеличилось на 25,5% [1].
На сегодняшний день медицина применяет широкий спектр физиче-
ских технологий и оборудований для диагностики и лечения, профилактики и
терапии рака. Существует несколько видов лечения данной категории забо-
леваний: химиотерапевтическое и хирургическое лечение, лучевая и гормо-
нальная терапии, а также различные их комбинации. Но лучевая терапия яв-
ляется основополагающим элементом в области высоких медицинских тех-
нологий, назначение лучевой терапии (ЛТ) показано (70÷75) % онкологиче-
ских больных [2].
История лучевой терапии насчитывает собой уже порядка более сотни
лет. На данный момент, это – один из важнейших методов лечения рака. За
это время была проделана огромная работа по совершенствованию методики
данного вида терапии. В 1946 году известный американский ученый Роберт
Вильсон сделал предложение по использованию в лучевой терапии пучков
ускоренных протонов или других более тяжелых ядер. Им также был отме-
чен ряд преимуществ использования ускоренных протонов и ядер гелия и
дейтерия по сравнению с гамма излучением.
В 1952 году в США было начато лечение первых онкологических па-
циентов на пучках ядер гелия и дейтерия. В дальнейшем интерес к пучковой
лучевой терапии существенно расширился после появления многочисленных
протонных установок.
Следует отметить, что на первоначальном этапе освоения протонной
лучевой терапии Россия (СССР) была на передовых позициях. После того,
как было понято, что биология воздействия протонов на живое вещество ана-
логична действию гамма-облучения, внимание передовых эксперименталь-
ных исследований было связано с тяжёлыми ионами, оказывающими более
сильное биологическое воздействие, что связано с их высокими линейными
ионизационными потерями. Протоны слабо рассеиваются в поперечном
направлении и выделяют значительную часть своей энергии в конце пробе-
га, тем самым образуя пик Брэгга. Вследствие этого появляется возмож-
ность формирования пространственных дозных распределений, область мак-
симальной дозы которых наиболее близко совпадает с формой критической
(облучаемой) структуры и резко спадает за ее границами.
Однако реализация данного ряда преимуществ, требует выполнения
высоких требований к качеству формирования пучка, планированию лече-
ния, фиксации пациента при проведении терапии, а также высокой точности
дозиметрии [3].
Именно поэтому целью данной работы было обозначено исследование
возможностей и особенностей применения плёночного дозиметра
Gafchromic EBT-3, что позволит проверить качество и точность процесса до-
зиметрии терапевтического протонного пучка фазотрона ОИЯИ.
В ходе работы была проведена дозиметрия протонных пучков со сред-
ней энергией на входе в кабину 171 МэВ. Результаты измерения, получен-
ные при помощи мини полупроводникового детектора и воздушной иониза-
ционной камеры Markus, в специализированной программе физики взаимо-
действия элементарных частиц «Fluka», подтвердили приемлемость и воз-
можность применения плёнки для дозиметрии протонного пучка фазотрона
ОИЯИ. Были измерены и построены глубинные распределения поглощённой
дозы терапевтического и более узкого, специально сформированного для
проведения измерений, протонных пучков. Помимо всего вышеизложенно-
го, был оценен вклад так называемого «quenching» эффекта в погрешность и
неточность показаний полимерной пленки EBT – 3.
Задачи, поставленные в ходе выполнения работы:
1. Измерение дозиметрических характеристик выведенного протонного
пучка фазотрона ОИЯИ с помощью плёночных дозиметров и полупро-
водниковой камеры, с их последующим сравнением с целью изучения
вклада в измеряемые характеристики “quenching” эффекта, а также осо-
бенностей использования плёнки для проведения дозиметрии протонного
пучка.
2. Построение и анализ измеренных глубинно – дозных распределений те-
рапевтического и более моноэнергетического, специально сформирован-
ного для проведения измерений, протонных пучков
Научная новизна.
Впервые было проведено исследование возможностей и особенностей
применения плёночного дозиметра Gafchromic EBT-3 для дозиметрии тера-
певтического протонного пучка фазотрона ОИЯИ.
Личный вклад автора.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, раз-
работке экспериментальных методов их решения, в непосредственном уча-
стии в проведении всех экспериментальных и клинических исследований,
апробации результатов исследования, подготовке публикаций по теме дис-
сертации. Вся обработка, анализ и интерпретация полученных результатов
выполнена лично автором.
Внедрение результатов в практику.
Результаты клинического исследования внедрены в практическую ра-
боту на протонном пучке фазотрона ЛЯП ОИЯИ. В частности, информация о
применимости плёночного дозиметра Gafchromic EBT-3 в дозиметрии про-
тонных пучков фазотрона ЛЯП ОИЯИ подтверждает эффективность данного
вида дозиметров в процедуре проверки и оценке качества генерируемых пуч-
ков фазотрона.
Публикации.
По материалам диссертации будет опубликована 1 работа, посвящен-
ная исследованию возможностей и особенностей применения плёночного
дозиметра Gafchromic EBT-3 для дозиметрии терапевтического протонного
пучка фазотрона ОИЯИ в рамках проведения международной конференции
«International Conference on Radiation Applications (RAP 2019)» в Сербии.
1 Обзор литературы
1.1 История протонной терапии