РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЗ ЭЛЕКТРОНОВ В МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПЛАСТИКАХ

Лучевая терапия пучками ионизирующего излучения является одним из методов лечения злокачественных новообразований. Ионизирующее излучение при взаимодействии с опухолевыми клетками приводит к их разрушению. Однако, в процессе облучения злокачественных новообразований неизбежно оказывается негативный эффект и на здоровые клетки. В связи с этим, важной задачей лучевой терапии является обеспечение оптимального распределения дозы, таким образом, чтобы минимизировать воздействие излучения на здоровые ткани и доставить максимальную дозу в опухоль. Одним из устройств, которое позволяет формировать глубинное распределение дозы в теле пациента, является болюс. Ранее авторами было предложено изготавливать болюсы для электронной лучевой терапии с помощью методов трехмерной печати. Целью данной работы стала разработка численной модели для определения глубинного распределения доз электронов в пластиках, модифицированных металлической примесью. Благодаря использованию этих материалов можно создавать болюсы меньшего объема, что позволит ускорить время его изготовления и упростить процедуру фиксации устройства на теле пациента. В данном исследовании были разработаны расчетные модели пучка электронов и пластиковых болюсов с помощью инструментария GEANT4. Численные эксперименты проводились методом Монте-Карло. В результате моделирования были получены глубинные распределения дозы пучка электронов с номинальной энергией 6, 12 и 15 МэВ в модифицированных пластиках с примесью меди. В перспективе, полученные данные позволят выбирать толщину формирующего устройства, изготовленного с помощью трехмерной печати из исследованных пластиков, в соответствии с клинической задачей.

1. Климанов В.А. Радиобиологическое и дозиметрическое планирование лучевой и радионуклидной терапии. Ч. 1. Радиобиологические основы лучевой терапии. Радиобиологическое и дозиметрическое планирование дистанционной лучевой терапии пучками тормозного и гамма-излучения и электронами: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. 500 с.

2. Halperin Edward C., Wazer D., Perez С.А., Brady L.W. Perez & Brady's. Principles and Practice of Radiation Oncology. Seventh Edition. Philadelphia: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins, 2018. 2069 p.

3. Khan F. M., Gibbons J. P. Khan’s the physics of radiation therapy. Fifth edition. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2014. 572 p.

4. Kudchadker R. J. et al. Utilization of custom electron bolus in head and neck radiotherapy // Journal of applied clinical medical physics, 2003. V. 4. № 4. P. 321–333.

5. Mahdavi H., Jabbari K., Roayaei M. Evaluation of various boluses in dose distribution for electron therapy of the chest wall with an inward defect // Journal of Medical Physics/Association of Medical Physicists of India, 2016. V. 41. № 1. P. 38.

6. Sekartaji G., Aisyah S., Carina C.C.C., Nazara T., Nainggolan A., Endarko E. Comparison of Dosimetry Characteristics from Some Bolus Materials for 6 and 10 MV Photons Beam Radiation Therapy // Journal of Physics: Conference Series, 2020. V. 1505(1). 012028.

7. Болюс Superflab [Электронный ресурс]. URL: https://www.rpdinc.com/superflab-bolus-05cm-thick-x-30cm-square-1696.html (дата обращения: 27.06.2022).

8. Lu Y., Song J., Yao X., An M., Shi Q., Huang X. 3D Printing Polymer-based Bolus Used for Radiothera¬py // International Journal of Bioprinting, 2021. V. 7. № 4. P. 27–42.

9. Albantow C., Hargrave C., Brown A., Halsall C. Comparison of 3D printed nose bolus to traditional wax bolus for cost-effectiveness, volumetric accuracy and dosimetric effect // Journal of Medical Radiation Sciences, 2020. V. 1. № 67. P. 54–63.

10. GEANT4 [Электронный ресурс]. URL: https://geant4.web.cern.ch/node/1 (дата обращения 01.10.2023).

11. Wesley E. Bolch. The Monte Carlo Method in Nuclear Medicine: Current Uses and Future Potential // Journal of Nuclear Medicine Mar, 2010. V. 51. № 3. P. 337–339.

12. Fabjan A., Christian W., Schopper H. Particle Physics Reference Library. Vol. 2: Detectors for Particles and Radiation, Springer, 2020. 1087 p.

13. ORIGINAL PRUSA I3 MK3 [Электронный ресурс]. URL: https://3dtoday.ru/3d-printers/prusa-research/original-prusa-i3-mk3 (дата обращения 27.06.2022).

14. Bestfilament [Электронный ресурс]. URL: https://bestfilament.ru (дата обращения 27.06.2022).

15. Miloichikova I.A., Stuchebrov S.G., Kras-nykh A.A. Numerical simulation of the medical linear accelerator electron beams absorption by ABS-plastic doped with metal // AIP Conference Proceedings, 2016. V. 732. P. 1–6.