ФОРМИРОВАНИЕ МЕДИЦИНСКОГО ПУЧКА 04.12.20131 М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ. - презентация

1 ФОРМИРОВАНИЕ МЕДИЦИНСКОГО ПУЧКА М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ

2 Предыдущие работы в этом направлении – Расчет пучка 200 МэВ в зале облучения пристройки МБ (с Н.К. Абросимовым, Е.М.Ивановым и Г.А.Рябовым ) – Аналитическое представление пика Брэгга для протонного пучка с энергией 200 МэВ (с Лебедевой Ж.С.) М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ2

3 М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ3 Формирование медицинского пучка пространственно происходит между выходом вакуумного тракта и облучаемым объектом (пациентом)

4 М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ4 Неправильная шаровая форма. Диаметр порядка 2.5 см Глаз Диаметр глазного яблока 23 мм Толщина роговой оболочки 0,6 мм Толщина склеры в экваториальной зоне 0,3 мм Толщина склеры в зоне диска зрительного нерва 1,3 мм Толщина хориоидеи в экваториальной зоне 0,12 мм Толщина хориоидеи в макулярной зоне 0,26 мм Толщина сетчатки в экваторальной зоне 0,18 мм Толщина сетчатки в центральной ямке 0,10 мм Толщина сетчатки рядом с диском зрительного нерва 0,56 мм Толщина хрусталика новорожденного 3,5 мм Толщина хрусталика в 20-летнем возрасте 4 мм Толщина хрусталика в 80-летнем возрасте 5 мм Диаметр зрительного нерва 4 мм

5 Глазные опухоли Пример - Меланома сосудистой оболочки Т1 опухоль размерами до 10 мм в наибольшем измерении толщиной до 3 мм: Т1а опухоль размерами до 7 мм в наибольшем измерении толщиной до 2 мм, T1b опухоль размерами до 10 мм в наибольшем измерении толщиной до 3 мм, Т2 опухоль размерами до 15 мм в наибольшем измерении толщиной до 5 мм, Т3 опухоль размерами более 15 мм в наибольшем измерении или толщиной более 5 мм, Т4 опухоль распространяется за пределы глаза. Существенно, что располагаются вблизи жизненно важных органов, что накладывает жесткие требования к параметрам пучка протонов и ограничивает применение М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ5 (

6 Общие подходы к созданию пучка для облучения - формирование МКБ М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ6 Необходимо для облучения образований с размерами несколько сантиметров по пучку.

7 Общие подходы к созданию пучка для облучения - Формирование МБК М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ 7 Гребенчатый фильтр

8 Общие подходы к созданию пучка для облучения Метод пассивного рассеяния М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ8

9 Общие подходы к созданию пучка для облучения. Метод пассивного рассеяния М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ9 Рассеяние на фольгах

10 Общие подходы к созданию пучка для облучения Метод карандашного пучка М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ10

11 Общие подходы к созданию пучка для облучения Метод карандашного пучка - Методики сканирования М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ11

12 Моделирование Входной пучок М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ12 Розыгрыш координат точки входа пучка в систему - по нормальному распределению. Параметры – из данных расчета по программе TRANSPORT. ( Расчет Марии Черновой ).

13 Моделирование. GEANT4 Виртуальная экспериментальная установка М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ13 Пучок

14 Моделирование Виртуальная экспериментальная установка М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ14

15 М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ15 Моделирование Пример выбора модели взаимодействия Standart – локальное поглощение -электронов Low Energy – электроны прослеживаются

16 Результаты Зависимость от расстояния до объекта М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ16

17 Результаты Немоноэнергетичность пучка М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ 17

18 Результаты Применение поглотителя М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ18 Поглотитель – вода, 12 мм.

19 Результаты. Профиль пучка М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ19 Номер кривой Толщина 1-ой фольги, мкм Толщина 2- ой фольги, мкм Поглотитель центральной части пучка Радиус конечного коллиматора, мм Радиус, мм Высота, мм

20 Результаты. Формирование МБК М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ20 Поглотитель – 12 мм воды. Гребенчатый фильтр. Элемент крыла. Повторяется еще 3 раза с поворотом на 90 о. Толщина элементов 4 мм. Поворот фильтра вокруг оси параллельной пучку с шагом 5 о.

21 Результаты. Учет неупругих взаимодействий М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ МэВ Вклад неупругих процессов 3.5% 70 МэВ Вклад неупругих процессов 4.5%

22 Результаты. Вклад продуктов неупругих взаимодействий М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ22 Энергия протонов 70 МэВ Продукты реакции: Протоны - 1.5% Дейтоны - 0.3% -частицы -0.18% Ядра отдачи и нейтроны – 2.5% Для протонов 160 МэВ вклад а-частиц оценен в 0.2% (Paganetti, 2002)

23 Расчет для тканеэквивалентных материалов М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ23 СоставРезультаты расчетов

24 Расчет для тканеэквивалентных материалов М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ24

25 Выводы Проведен анализ основных составляющих системы формирования медицинского пучка строящегося циклотрона ПИЯФ; В рамках комплекса GEANT4 создана виртуальная модель системы формирования пучка для энергий протонов МэВ; Проанализировано влияние на качество получаемого пучка: – Учета тех или иных моделей взаимодействия – Взаимного расположения и характеристик элементов виртуальной установки, формирующий пучок Показано, что для пучков протонов с энергиями МэВ недооценка энерговыделения при неучете ядерных реакций составляет 3.5 – 4.5 %, что существенно для задач протонной терапии; Полученные результаты могут быть использованы как этап в подготовке специалистов при работе с реальными планирующими системами М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ25

26 Планы на 2012 год Проведение экспериментальной проверки – 20 МэВ протоны – СПбГТУ – 70 МэВ – ПИЯФ (if any) Учет биологической эффективности излучений Считал бы желательным стажировку молодых сотрудников УО в одном из европейских центров протонной терапии М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ26

27 Авторы Н.А.Иванов, Ж.С.Лебедева, М.Г.Тверской и Ю.Б.Шуракова Благодарят за внимание и поздравляют всех с наступающим 2012 годом М.Тверской Формирование медицинского пучка Сессия УС ОФВЭ ПИЯФ27