Разработка модели для расчета распределения дозы при нейтрон-захватной терапии с использованием гадолиния

1. Разработка модели для расчета распределения дозы при нейтрон-захватной терапии с использованием гадолиния

1
tpu.ru
Разработка модели для расчета
распределения дозы при
нейтрон-захватной терапии с
использованием гадолиния
Учебно-исследовательская работа
11.01.23
Панова Анастасия Сергеевна
Студентка группы 0А03

2. Введение

2
Введение
Одной из самых распространённых
болезней, которые носят
стохастический характер, является
рак. На данный момент в России
среди причин смертности
злокачественные новообразования
находятся на третьем месте.

3.

3
Цель
Задачи
Разработка и обоснование
концепции модели для расчета
распределения доз при гадолиний
нейтрон-захватной терапии
методом Монте-Карло.
– Аналитический обзор по теме «Нейтрон-захватная
терапия».
– Знакомство с программным комплексом PClab для
моделирования распространения излучения.
– Разработка схемы расчета дозы для учета влияния
электронного и фотонного излучений.
– Выбор энергетических линий для источника на основе
природной смеси гадолиния, облучаемой тепловыми
нейтронами.

4. Нейтрон-захватная терапия

4
– терапия, разработанная для избирательного воздействия на опухоль. Данный метод лечения
характеризуется тем, что мощный источник излучения создаётся непосредственно в теле человека.
Здоровые клетки
Избирательное
поглощение
опухолевыми
клетками
изотопа
Опухолевые клетки
Облучение
тепловыми
нейтронами
n
Итог

5. Нейтрон-захватная терапия

НЗТ с использованием
бора
Используемый изотоп(-ы)
Сечение поглощения
тепловых нейтронов
Продукты реакции
5
НЗТ с использованием
гадолиния
10B
156Gd
158Gd
3837±9 барн
60800 барн
254000 барн
– Ион 7Li
– Альфа-частица
– Рентгеновское
излучение
– Оже-электроны
– Конверсионные электроны
– Жёсткое фотонное излучение

6. Почему НЗТ с использованием гадолиния?

Нейтрон-захватная терапия с комплексами
гадолиния является наиболее
многообещающим методом избирательного
поражения злокачественных
новообразований.
Преимущества ГНЗТ перед БНЗТ
заключаются в большем сечении поглощения
нейтронов и в наличии у гадолиния такого
свойства, как МРТ – контраст, что позволяет
безопасно локализовать опухоль и получить
её яркое изображение.
6

7. Программа PCLab

7
Программа PCLab
Программа PCLab предназначена для
моделирования методом Монте-Карло
процессов распространения электронов,
позитронов, фотонов и протонов в
веществе, визуализации этих процессов
распространения на экране дисплея и
получения численных результатов
взаимодействия.

8. Метод Монте-Карло

Методы Монте-Карло – это численные
методы решения прикладных
математических задач при помощи
моделирования случайных величин.
Эксперимент в физике частиц представляет
собой, как правило, многократное
измерение совокупности случайных
процессов – взаимодействия частиц и
прохождения их через детектор.
8

9. Схема модели

9
Для того более точного расчёта вклада
электронов и фотонов в дозу было принято
решение построить три модели:
– Для расчёта вклада электронов в дозу,
поглощаемую опухолью.
– Для расчёта вклада фотонов в дозу,
поглощаемую опухолью.
– Для расчёта вклада фотонов в дозу,
поглощаемую организмом.
Примерный вид модели с источником и
вокселем.

10. Входные данные для построения модели

Вид частиц
Энергия для 156Gd, кэВ
Фотонное излучение
Энергия для 158Gd, кэВ
K-оболочка – 34,9
L-оболочка – 4,8
Оже-электроны
Конверсионные электроны
10
39…246
29…228
88…497
79…1190

11. Заключение

В ходе выполнения исследовательской работы была достигнута заданная цель,
посредством выполнения поставленных задач, а именно: было изучено понятие нейтронзахватной терапии и средства её осуществления, проведено ознакомление с программной
PCLab, изучен метод Монте-Карло и разработана схема расчёта для моделирования
физического эксперимента.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что использование гадолиния имеет
как преимущества перед БНЗТ, так недостатки. В первую очередь, очень ценны такие свойства
гадолиния, как большее сечение поглощения нейтронов по сравнению с бором и применение в
качестве МРТ-контраста, что позволяем расширить спектр применимости данного металла.
Однако сложность в расчёте накопления изотопа в опухоли и вероятность облучения здоровых
тканей, а также относительная токсичность металла, ставят под сомнение возможность
использования гадолиния.
Именно поэтому необходимо произвести расчёт распределения доз в опухоли и во всём
теле и построить математическую модель физического эксперимента. На данный момент
положено начало для реализации модели в программном комплексе PCLab, что позволит
решить поставленный вопрос.
11

12. Разработка модели для расчета распределения дозы при нейтрон-захватной терапии с использованием гадолиния

12
tpu.ru
Разработка модели для расчета
распределения дозы при
нейтрон-захватной терапии с
использованием гадолиния
Учебно-исследовательская работа
11.01.23
Панова Анастасия Сергеевна
Студентка группы 0А03