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.