Центральное осевое распределение дозы в воде (ЦОРД), называемый также глубинной доза (ГД), является важной характеристикой клинических электронных пучков [1-5]. Снижение дозы облучения лучевой терапии возможно путем предварительного пропитывания наночастицы биологических тканей с аномально высоким фототермическим эффектом [8-19]. Основа подготовки таких материалов является СВ-синтез [20-36] оксидных бронз, получаемых термоиндуцированной интеркаляцией щелочно-земельных металлов [37-45] в сложные оксиды переходных металлов, при контролируемых параметрах быстропротекающих процессов тепло-массопереноса [46-59].

Особенности распределения излучения пучков.

Общий вид ГД для электронных пучков существенно отличаются от фотонных пучков. На рисунке 1 приведено сравнение энергий множественного пучка ЦОРД электронов и фотонов. Данные представлены в виде распределений в процентах доза, которая определяется как 100 кратное отношение поглощенной дозы в данной точке на геометрической оси пучка к максимальной поглощенной дозе на той же оси.

Рисунок 1. Центральное распределение дозы в процентах оси для электронных пучков (а) и фотонов (б) различных энергий для размера 10 х 10 см² и размер измерительного поля (РИП) = 100 см.

Как видно из графиков, электроны создают более высокую дозу поверхности, чем фотоны. В обоих случаях присутствуют пики кривых, положение которых на оси обозначается Z_max. Тем не менее, для больших глубин скорости Z_max снижения дозы для электронов значительно выше, что связано с тем, что электроны, как и все заряженные частицы имеют конечный диапазон в материи. После резкого снижения в области электронной ЦОРД существуют области относительно низкого и медленно изменяющимся значениея дозы.. Появление «хвостов» связано с фотонным “загрязнение” электронного пучка. Это загрязнение создает тормозное излучение, возникающее при прохождении электронов через головку ускорителя и через воду [1, 4].

Определение поглощенной дозы в воде.

Стандартные условия: Стандартные условия описываются набором значений величин, влияющих на показания дозиметра, для которых калибровочный коэффициент применяется без внесения дополнительных поправок. Стандартные условия для калибровки по поглощенной дозы в воде: геометрическое расположение (расстояние и глубине), поле размера, материала и размера облучаемого фантома, температуры, давления и относительной влажности окружающей среды. Стандартные условия для определения поглощенной дозы в воде для электронных пучков приведены в табл. 1. Так как выбор точного размера поля не имеет решающего значения, то наиболее удобно выбрать в качестве стандартного размера поля, которое используется для установки параметров вывода, но она не должна быть менее 10 х 10 см на поверхность фантома. Глубина базовой z_ref определяется из уравнения:

zref = 0.6R₅₀ – 0.1г/см² (R₅₀вг/см²)

Эта глубина близка к значению Z_max в качеств пучка R₅₀< 4 г/см² (E₀< 10 МэВ), а также для пучков с большим качеством – глубже, чем Z_max. Конечно, выбор характерной глубины менее удобна, чем рекомендовано, как и для всех ускорителя нет двух опорных балок с той же эталонной глубины. Тем не менее, было показано, что новое значение глубины значительно уменьшает разницу значений коэффициента калибровки для различных ускорителей камеры, и это усиливает аргументы в свою пользу, особенно для плоскопараллельных камер. Поглощенная доза в воде на базе в глубине воды для z_ref качества пучка Q и камера не определяется как

 D_w,Q = M_Q N_D,w,Qo k_Q,Qo,

где M_Q – показания дозиметра, с поправкой на температуру и давление, калибровку электрометра, эффект полярности и ионной рекомбинации.

Камера должна быть установлена в фантоме в соответствии с условиями, указанными в таблице, где N_D,_w,Qо – калибровочный коэффициент дозиметра в единицах поглощённой дозы в воде для опорного качества Q₀, а k_Q,Qо – коэффициент, корректирующий различия между показания при опорном Q₀ и текущим Q качеством пучков.

Таблица 1. Стандартные условия для определения поглощенной дозы электронных пучков в воде.

Следует отметить, что проведение стандартной дозиметрии высокоэнергетических электронных пучков цилиндрическими камерами на глубине большей, чем Z_max, увеличивает неопределенность вследствие эффекта неконтролируемых возмущений. В худшем случае, когда R₅₀ = 5 г/см² (E₀ около 12 МэВ) увеличение неопределенности может достигать 0,3%. [1-5].

Измерения в нестандартных условиях.

Распределение дозы вдоль центральной оси глубины: измерение распределения дозы вдоль центральной оси глубины должна быть в соответствии с процедурой, описанной в таблице. 1 для измерения R₅₀. В случае ионизационных камер, измеренное распределение ионизации должно быть превращено в распределении дозы. Для улучшения качества луча R₅₀ достигается путем умножения значения ионизационного тока или заряда для каждой глубины Z в соотношении остановки полномочий для этой глубины s_w,air. Следует отметить, что эта процедура не учитывает изменения фактора возмущений с глубиной. Это приближение справедливо для хорошо защищенных ионизационных камер самолета типа. Для плоскопараллельных камер без хорошей защиты для цилиндрических камер коэффициент возмущения значителен и следует принимать во внимание. К сожалению, существующая информация о коэффициенте возмущения для этих типов камер является точной только для глубин, близких к опорной глубине и поэтому неудобно использовать на других глубинах, несмотря на то, что эти камеры обычно используются именно на них. Таким образом, использование этих типов камер для измерения центрального осевого распределения непрактично. [1-4].

Коэффициенты радиационного выхода.

Для каждого электронного пучка должны быть измерены коэффициенты выхода полей отличающихся от поля опорного расстояния и нестандартных расстояний источник – поверхность (РИП), используемый для лечения больных на глубине Z_max. Выходные коэффициенты могут быть определены как поглощенной дозы на глубине Z_max при заданных условиях, отнесенная к поглощенной дозы на глубине z_ref (или Z_max) в стандартных условиях. Пользователь должен иметь в виду возможность смещения максимальной глубины дозы Z_max, особенно для области малых размеров и высоких энергий пучков.

Пространственное распределения пучка при наличии магнитного поля в гомогенных и гетерогенных средах.

В работах [1,2] исследовали процесс прохождения электронного пучка через образец в виде куба со стороной 20 см в диаметре. В первом случае куб состоит из двух слоев, слой кости и толщиной 3 см слой вязкоупругой биологической ткани толщиной 17 см. Эта модель может описать случай неглубокого расположения опухоли, расположенной за костью. В последнем случае слой состоял из кубического толщины кости 1 см, толщина мягкого слоя ткани 18 см, химический состав, соответствующий составу ткани человека хрящевой, костной ткани и слой толщиной 1 см. Эта модель может описать случай опухоли, расположенной в голове человека. Опухоль представляет собой регион, расположенный на глубине от 5 до 10 см, имеющие размеры 0,8 х 0,8 см и в дальнейшем будет называться объектом. Просвечивающий электронный  пучок имеет моноэнергетический спектр и  круглое поперечное сечение радиусом 2,5 см, число частиц в первичном пучке  порядка 10⁷. Выбирается режим регистрация частиц с энергии 40 МэВ. При такой энергии электронный пучок почти полностью поглощается в объеме образца, а продольный максимум расположен на глубине от 5 до 10 см. Образцы были помещены в соленоидальное магнитное поле. На оси соленоида магнитного поля имеет только продольную составляющую, которая описывается выражением:

В _z= μμ₀nI     (1)

где n- плотность намотки витков, μ и μ₀– магнитные проницаемости среды вакуума, I – ток обмотки соленоида.

Для получения значения поля в области, лежащей близко к оси соленоида, используем разложение формулы (1) в ряд Тейлора. Правомерность разложения в ряд Тейлора формулы (1) по оси соленоида обоснованно в связи с тем, что мы рассматриваем область светового пучка малого по сравнению с линейными размерами соленоида. Радиальная и продольная составляющая магнитного поля связаны между собой, как следует из уравнений Максвелла. Максимальное значение магнитного поля было установлено в диапазоне от 0 до 5 Тл с шагом 1 Тл.  При моделировании выборка делится на 106 клеток с размером базовой 0,2 х 0,2 см и высотой 0,2 см. Каждая ячейка назначается отдельное значение размера массива 100 х 100 х 100 клетки, генерируемые в памяти машины. Таким образом, любое значение в плоскости куба, параллельной одной из своих баз, делится на 100 х 100 клеток. Если частица теряет свою энергию в небольшом объеме образца (воксела),  то затем в ячейке массива, соответствующего этому вокселу,  добавляется к значению утраченной энергии в этой точке. Переход к значению в дозе клеток получают путем деления общей энергии, выделенной в камере по массе клетки. Результаты показывают, что размещение облученного образца в магнитном поле, можно изменить распределение поглощенной энергии излучения в нем. Распределение поглощенной энергии в двухслойной структуре  очень похоже на случай с однородным образцом. При облучении с противоположной стороны второй образец, помещают в положение максимума соленоидального  магнитного поля  и  распределение поглощенной энергии не зависит от магнитного поля на глубине 10 см. Величина поглощенной энергии в целевом регионе возрастает более чем на 50%, а рассеяние бокового пучка уменьшается, что приводит к увеличению затухания градиента дозы по краям 3 раза. [7].

Вывод. Виды лучевой терапии злокачественных опухолей являются относительно новыми и быстро эволюционирующие областями лучевой терапии. Во многих случаях, они могут создать более комфортное распределение дозы при поражении и уменьшить до 3 раз дозу облучения здоровой ткани по сравнению с традиционными методами лучевой терапии. В результате, можно значительно повысить эффективность лучевой терапии.

1. Biological efficiency of high-energy photons / Belousov A.V., Varzar S.M., Gordienko T.V., Osipov A.S., Chernyaev A.P., Petrov V.I. // Biomedicine Radioengineering. 2012. № 12, pp. 46-53.
2. Simulation of Irradiation of Thin Layers of Biological Matter by Low-Energy Photon Radiation/ Belousov A.V., Osipov A.S. // Moscow University Physics Bulletin, Т. 68, № 4, с. 311-316.
3. Ратнер Т. Г., Фадеева М. А. Техническое и дозиметрическое обеспечение дистанционной гамма-терапии. М.: Медицина, 1982. -58с.
4. Иванов В. И. Курс дозиметрии. М.: Энергоатомиздат, 1988. -79с
5. Симбирцква Л. П. Организация радиологической службы. Л.: Медицина, 1987. -44с.
6. Ставицкий Р. В. Аспекты клинической дозиметрии. МНПИ, 2000. -137с.
7. Костылев В.А., Наркевич Б.Я. Медицинская физика. М.: Медицина, 2008. — 464 с.
8. Siler P., Gulyaev P., Boronenko M. Nanosecond Measurement based on Electro-optical Shutter System//Многоядерные процессоры, параллельное программирование, ПЛИС, системы обработки сигналов. 2016. № 6. С. 48-51.
9. Бороненко М.П., Гуляев П.Ю. Телевизионная измерительная система наносекундного разрешения // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2014.№ 1 (31). С. 60-64.
10. Boronenko M.P., Seregin A.E., Gulyaev P.Yu., Milyukova I.V. Phase formation time evaluation in NiAl combustion systems by the thermal fields visualization method//Scientific Visualization. -2015. Т. 7. № 5. С. 102-108.
11. Boronenko M.P., Gulyaev P.Yu., Seregin A.E., Bebiya A.G. Increasing accuracy of high temperature and speed processes micropyrometry // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Т. 93. № 1. Article Id 012021. DOI: 10.1088/1757-899X/93/1/012021
12. Boronenko M.P., Gulyaev P.Yu., Seregin A.E., Poluhina K.G. Increasing the noise immunity of optical-electronic systems based on video cameras with an optical converter // Journal of Physics: Conference Series. 2015. Т. 643. Article Id 012028. DOI: 10.1088/1742-6596/643/1/012028
13. Control of dispersed-phase temperature in plasma flows by the spectral-brightness pyrometry method/A.V. Dolmatov, I.P. Gulyaev, P.Yu. Gulyaev, V.I. Iordan//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Т. 110. № 1. С. 012058 DOI: 10.1088/1757-899X/110/1/012058
14. Anomalous high-velocity outbursts ejected from the surface of tungsten microdroplets in a flow of argon-air plasma / I.P. Gulyaev, A.V. Dolmatov, P.Yu. Gulyaev, V.I. Iordan, M.Yu. Kharlamov, I.V. Krivtsun // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Т. 110. № 1. С. 012057 doi:10.1088/1757-899X/110/1/012057
15. Cui H.Zh., Gulyaev P.Yu. The Temperature Control in the Combustion Wave SHS//Многоядерные процессоры, параллельное программирование, ПЛИС, системы обработки сигналов. 2016. № 6. С. 207-211.
16. Microstructure and evolution of (TiB₂+Al₂O₃)/NiAl composites prepared by self-propagation high-temperature synthesis / Xiao-jie Song,·Hong-zhi Cui,·Li-li Cao,·P.Y. Gulyaev // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. Т. 26. № 7. С. 1878-1884. DOI: 10.1016 / S1003-6326 (16) 64265-6
17. Gulyaev P.Yu., Gulyaev I.P., Milyukova I.V, Cui H.-Z. Temperature measurements for Ni-Al and Ti-Al phase control in SHS Synthesis and plasma spray processes // High Temperatures – High Pressures. 2015. Т. 44. № 2. С. 83-92.
18. Оценка времени фазообразования в системе горения  NiAl методом визуализации тепловых полей/ М.П. Бороненко, А.Е. Серегин, П.Ю. Гуляев, И.В. Милюкова //Научная визуализация.–2015. – Т. 7.-№5 – С. 102-108.
19. Бороненко М.П., Гуляев П.Ю., Трифонов А.Л. Определение фундаментальной диаграммы потока ламинарного плазмотрона с постоянной подачей порошка // Вестник Югорского государственного университета. 2012. № 2 (25). С. 16-20.
20. Оценка скорости и температуры дисперсной фазы в струях плазменно-дугового напыления / М.П. Бороненко, И.П. Гуляев, П.Ю. Гуляев, А.И. Демьянов, А.В. Долматов, В.И. Иордан, В.Н. Коржик, И.В. Кривцун, М.Ю. Харламов // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-10. С. 2135 - 2140.
21. Gulyaev P.Yu. Plasma spraying of protective coatings from ferromagnetic SHS-materials // International Research Journal. 2013. . № 12-1 (19). С. 74-77.)
22. Gulyaev I.P., Solonenko O.P. Hollow droplets impacting onto a solid surface// Experiments in Fluids. 2013. Т. 54. № 1. С. 1432. DOI: 10.1007/s00348-012-1432-z
23. Dolmatov A.V., Gulyaev I.P., Jordan V.I. The optical control system of dispersed phase properties in thermal spray process// IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Т. 81. № 1. С. 012041.
24. Arc-Plasma Wire Spraying: An Optical Study of Process Phenomenology/I. P. Gulyaev, A. V. Dolmatov, M. Yu. Kharlamov, P. Yu. Gulyaev, V. I. Jordan, I. V. Krivtsun, V. M. Korzhyk, O. I. Demyanov // Journal of Thermal Spray Technology.-2015.-Volume 24, Issue 11.-pp. 1-8. DOI: 10.1007/s11666-015-0356-6
25. Гуляев И.П., Долматов А.В., Бересток Г.М. Оптимизация температурных измерений спектральным пирометром на базе MATLAB// Многоядерные процессоры, параллельное программирование, ПЛИС, системы обработки сигналов. 2016. № 6. С. 201-207.
26. Gulyaev I. Experience in plasma production of hollow ceramic microspheres with required wall thickness//Ceramics International. 2014. Т. 41. № 1. С. 101-107.
27. Gulyaev I.P. Production and modification of hollow powders in plasma under controlled pressure//Journal of Physics: Conference Series. -2013. -Vol. 441, № 1. -P. 012033. DOI: 10.1088/1742-6596/441/1/012033
28. Гуляев И.П. Плазменная обработка дисперсных материалов.-Ханты-Мансийск: Югорский государственный университет, 2013.-115 с.
29. Гуляев П.Ю., Долматов А.В. Автоматизация контроля теплофизических параметров в технологиях детонационного напыления//Системы управления и информационные технологии. 2009. Т. 35. № 1.2. С. 230-233.
30. Бороненко М.П., Гуляев И.П., Гуляев П.Ю., Серегин А.Е. Измерение скорости и температуры частиц в потоке низкотемпературной плазмы // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 3-2. С. 70-73.
31. Гуляев П.Ю., Долматов А.В. Физические принципы диагностики в технологиях плазменного напыления // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 5-2. С. 382-385.
32. Гуляев П.Ю., Гуляев Ю.П., Долматов А.В. Байесовское восстановление цвета цифровых изображений// Вестник СГУГиТ (Сибирского государственного университета геосистем и технологий). 1997. № 2. С. 114.
33. Гуляев Ю.П., Гуляев П.Ю. Неразрушающий контроль и математическое моделирование деформаций оснований фундаментов по топографо-геодезическим измерениям//Современная техника и технологии. 2015. № 11 (51). С. 93-96.
34. Гуляев Ю. П., Павлов А. П. Геодезические исследования техногенной геодинамики на строящейся Богучансткой ГЭС//Гидротехническое строительство. 1993. № 9. С. 8-11.
35. Гуляев Ю.П. Алгоритм оценивания параметров динамической модели и прогнозирования процесса перемещений наблюдаемых точек сооружения//Изв. вузов. «Геодезия и аэрофотосъемка». -1984. -№ 3. -С. 26-32.
36. Гуляев Ю.П. Анализ подходов к обоснованию точности геодезических наблюдений за деформационными процессами//Геодезия и картография. -2007. -№ 8. -С. 11-16.
37. Гуляев Ю.П. Классификация и взаимосвязь математических моделей для прогнозирования процессов деформации сооружений по геодезическим данным//Изв. вузов. «Геодезия и аэрофотосъемка». -1985. -№ 1. -С. 39-44.
38. Гуляев П.Ю., Гуляев И.П. Моделирование технологических процессов плазменного напыления покрытий наноразмерной толщины//Системы управления и информационные технологии. 2009. Т. 35. № 1.1. С. 144-148.
39. Гуляев П.Ю. Энергетические пределы имзмельчения нанопорошков оксидных бронз //Современные научные исследования и инновации. 2016. № 7 (63). С. 18-24.
40. Gulyaev I., Gulyaev P., Milyukova I. Plasma spray of metal and cermet coatings from Ni-Al alloys prepared by SHS process//International symposium on self-propagating high temperature synthesis SHS XIII. -2015. -С. 221-222.
41. Kotvanova M., Blinova N., Gulyaev P. и др. Evaluation of combustion temperature and combustion speed of the process of SH-synthesis of titanium oxide bronze // International symposium on self-propagating high temperature synthesis SHS XIII. -2015. -С. 160-161.
42. Гуляев П.Ю., Имамов Р.Р., Юрукин П.А. Математическая модель и экспериментальная проверка микрогетерогенных эффектов распада волны СВ-синтеза на метастабильные тепловые очаги при введении инертной добавки//Современные научные исследования и инновации. 2016. № 1 (57). С. 10-17.
43. Гуляев П.Ю. Температурный гистерезис в волне горения СВ-синтеза оксидных бронз с высоким фототермическим эффектом//Современные научные исследования и инновации. 2015. № 12 (56). С. 69-78.
44. K A Borodina, S A Sorokina, A G Bebiya, M P Boronenko and P Yu Gulyaev Per-pixel adjustment of the afterglow effect EOC screen // Journal of Physics: Conference Series, 2016, Volume 741, Number 1 .- 012139. DOI:10.1088/1742-6596/741/1/012139
45. Блинова Н.Н., Котванова М.К., Гуляев П.Ю., Омельченко А.А., Павлова С.С., Соболь Э.Н. Лазерная стабилизация биогелей с наночастицами простых и сложных оксидов титана, железа и молибдена // В сборнике: ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И НАНОМАТЕРИАЛОВ. 2015. С. 635-637.
46. Гуляев П.Ю. Плазменное напыление защитных покрытий из ферромагнитных СВС-материалов // Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 12-1 (19). С. 74-77.
47. Гуляев П.Ю., Милюкова И.В. Кластерный анализ и оптимизация параметров механоактивации в процессах СВ-синтеза // Информационные системы и технологии. 2009. № 3 (53). С. 93-99.
48. Гуляев П.Ю., Долматов А.В. Диагностика распределения температуры и скорости напыляемого порошка в импульсном плазменном потоке//Известия высших учебных заведений. Физика. -2007. -№ 9. -С. 114-117.
49. SHT-Synthesis and application of biofunctional nanoparticals used high photo-thermal effect for laser heating of biotissues/P.Yu. Gulyaev, M.K. Kotvanova, A.I. Omelchenko, E.N. Sobol//The 23-th Annual International Conference on Advanced Laser Technologies, Book of abstracts.-Faro, Portugal. September 7-11, 2015.-p. 46.
50. Гуляев П.Ю., Гуляев Ю.П., Минекес Р.Э. Инерционное влияние внешней среды на результаты измерений и принципы его учета//Геодезия и картография. 1996. № 3. С. 27-29.
51. Бороненко М.П., Гуляев И.П., Серегин А.Е. Модель движения и нагрева частиц в плазменной струе//Вестник Югорского государственного университета. -2012. -№ 2. -С. 7-15.
52. Экспериментальное исследование процесса плазменно-дугового проволочного напыления / Гуляев И.П., Гуляев П.Ю., Коржик В.Н., Долматов А.В., Иордан В.И., Кривцун И.В., Харламов М.Ю., Демьянов А.И. // Автоматическая сварка.- 2015.- № 3-4.- С. 37-43.
53. Экспериментальное исследование процесса формирования высокопористой металлокерамики с наноструктурированным наполнителем методом СВ-синтеза/П. Ю. Гуляев, Ю. И. Реутов, В. И. Иордан//Перспективные материалы. -2008. -Ч. 2, № 6. -С. 35-40.
54. Гуляев П.Ю., Калачев А.В. Пирометрия процесса СВС на основе МДП-фотодиодных матриц в режиме накопления заряда//Ползуновский вестник, 2005, № 4-1, С. 171-174.
55. Калачев А.В., Гуляев П.Ю., Иордан В.И. Исследование тепловой структуры волны горения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Известия Алтайского государственного университета. 2005. № 1 (45). С. 104-109.
56. Евстигнеев В.В., Гуляев П.Ю., Иордан В.И., Калачёв А.В. Теоретические модели и экспериментальные методы исследования механизма формирования тепловой структуры в волне горения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Ползуновский вестник. 2005. № 1. С. 314-321.
57. Иордан В.И., Гуляев П.Ю., Евстигнеев В.В. Комплекс методов цифровой обработки изображений для исследования эффектов локальной неустойчивости и нестационарности волны горения процесса СВС // Ползуновский вестник. 2005. № 4-1. С. 152-170.
58. Госьков П.И., Гуляев П.Ю., Иордан В.И. Устойчивые быстродействующие алгоритмы диагонализации матриц в задачах обработки изображений // Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе 1989. С. 3-5.
59. Experimental investigation of process of plasma-arc wire spraying / I.P. Gulyaev, P.Yu. Gulyaev, V.N. Korzhik, A.V. Dolmatov, V.I. Iordan, I.V. Krivtsun, M.Yu. Kharlamovand A.I. Demianov // The Paton Welding Journal. 2015. № 3-4. С. 36-41.  DOI: 10.15407/tpwj2015.04.04

Все статьи автора «Юрукин Павел Андреевич»