Скачать электронную версию статьи (в свободном доступе).
Цель: Разработка методов настройки и дозиметрии протонных пучков в максимально широком
диапазоне тока протонов, включая режимы флэш-терапии с экстремальной высокой мощностью
дозы. Исследования закономерностей флэш-терапии, которые значительно активизировались в
последние годы, повысили интерес к методам формирования терапевтических пучков протонов,
в том числе и с использованием применяемого в данной работе метода пассивного рассеяния
протонов.
Материал и методы: Характеристики сильноточного линейного ускорителя протонов ИЯИ РАН
делают его уникальной установкой и позволяют проводить работы с пучками протонов рекордной интенсивности.
Система формирования терапевтического пучка разработана по принципу
двойного пассивного рассеяния протонов, что позволяет мгновенно облучать однородной дозой
биологические объекты значительного размера независимо от интенсивности пучка. Первичная
настройка системы формирования производится с использованием стандартного водного фантома
MP-3 (PTW, Германия) при низких токах протонов, т.е. в конвенциональном режиме облучения.
Предложенная методика настройки системы формирования позволяет совместить с центром пучка
вторичный фигурный рассеиватель и найти оптимальный угол поворота модулятора
энергии, тем самым оптимизируя глубинное распределение дозы. Использованные методы дозиметрии
и контроля пучка с пленочными детекторами и черенковским монитором применимы и
при высоких токах протонов, что позволяет проводить настройку системы формирования и
облучать биологические объекты и режимах флештерапии.
Результаты и заключение: Были разработаны методы формирования и дозиметрии пучков
протонов, применимые в максимально широком диапазоне интенсивности пучка протонов,
вплоть до значений тока протонов порядка 10 мА. Основным практическим результатом работы
является реализованное облучение протонами биологических мишеней массой до 100 г одним
импульсом с рекордной для протонов средней за фракцию мощностью дозы порядка 106 Гр/с.
Для этого были использованы оригинальные методики настройки элементов системы формирования
пучка и черенковские мониторы пучка.
Ключевые слова: протонная терапия, дозиметрия протонов, флэш-терапия
Purpose: To develop methods for tuning and dosimetry of proton beams in the widest possible range of
proton current, including flash therapy modes with extremely high dose rates. Studies of flash therapy
patterns, which have become much more active in recent years, have increased interest in the methods
of forming therapeutic proton beams, including the method of passive proton scattering used in this
work.
Material and methods: The characteristics of the highcurrent linear proton accelerator of the INR
RAS make it a unique facility and allow work with proton beams of record intensity. The therapeutic
beam formation system is developed based on the principle of double passive proton scattering, which
allows instantaneous irradiation of biological objects of significant size with a uniform dose regardless
of the beam intensity. The primary adjustment of the formation system is performed using a standard
MP-3 water phantom (PTW, Germany) at low proton currents, i.e. in the conventional irradiation mode.
The proposed method of setting up the beam formation system allows combining the secondary shaped
scatterer with the beam center and finding the optimal angle of the energy modulator, thereby optimizing
the depth dose distribution. The used methods of dosimetry and beam control with film detectors
and a Cherenkov monitor are also applicable at high proton currents, which allows setting up the beam
formation system and irradiating biological objects in flash therapy modes.
Results and conclusion: The work developed methods for the formation and dosimetry of proton
beams applicable in the widest possible range of proton beam intensities, up to proton current values of
about 10 mA. The main practical result of the work is the implemented irradiation of biological targets
weighing up to 100 g with protons in a single pulse with a record average dose rate for protons per
fraction of about 106 Gy/s. For this purpose, original methods for setting up the beam formation system
elements and Cherenkov beam monitors were used.
Key words: proton therapy, proton dosimetry, flash therapy
DOI: 10.52775/1810-200X-2024-104-4-4-12