Registration Number
0824U000147, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
16-02-2024
popup.evolution
o
Title
Physical and technical fundamentals of spatially fractionated radiation therapy
Author
Dmytro M. Ramazanov,
popup.head Valery M. Pugatch
popup.opponent Igor M. Kadenko
popup.opponent Oleg O. Parlag
popup.review Vladyslav V. Kobychev
popup.review Volodymyr V. Uleshchenko
popup.rada
Institute of Nuclear Research of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Променева терапія полягає у використанні іонізуючого випромінювання для лікування злоякісних та деяких доброякісних новоутворень. Разом із хірургічним втручанням та хіміотерапією, променева терапія є одним з найбільш ефективних методів боротьби з онкологічними захворюваннями. За статистикою, близько 70% усіх онкологічних пацієнтів отримують променеву терапію принаймні на одному з етапів лікування. Однак, оскільки випромінювання впливає не лише на ракові клітини, а й на прилеглі здорові тканини, існує ризик їх пошкодження та розвитку променевих ускладнень. Незважаючи на численні дослідження та розробки у галузі радіаційної онкології, проблема переопромінення здорових тканин досі залишається не вирішеною. Дисертаційна робота присвячена розробці фізико-технічних основ просторово фракціонованої радіаційної терапії (ПФРТ) - перспективного методу лікування злоякісних пухлин. У першому розділі наведено детальний аналіз епідеміологічних даних щодо захворюваності та смертності від раку в Україні та світі. Показано, що незважаючи на досягнення в діагностиці та лікуванні, для деяких типів пухлин, зокрема гліобластом головного мозку, результати терапії залишаються незадовільними. П'ятирічна виживаність хворих на гліобластоми становить лише близько 5%. Це зумовлює гостру необхідність пошуку нових ефективних методів променевої терапії з метою розширення "терапевтичного вікна". Детально проаналізовано фізичні та біологічні основи традиційної променевої терапії як методу лікування злоякісних новоутворень. Розглянуто поняття терапевтичного індексу та фактори, що на нього впливають. Показано роль променевої терапії у комплексному лікуванні онкологічних хворих. Наведено ґрунтовний аналіз літературних даних щодо виникнення та розвитку методу ПФРТ. Охарактеризовано його фізико-технічні принципи, переваги та недоліки у порівнянні з традиційною променевою терапією. Проаналізовано результати клінічного застосування ПФРТ при лікуванні раку голови та шиї. Водночас констатовано обмежену кількість даних щодо оптимальних схем фракціонування. Зроблено висновок про необхідність подальших комплексних досліджень для удосконалення протоколів опромінення та розробки нових технологій ПФРТ. У другому розділі описано створення багатоканальної детекторної системи на основі поєднання металевих мікростріпових детекторів (ММД) та електроніки Sens-Tech XDAS. Така система дозволяє здійснювати моніторинг розподілу профіля пучків іонізуючого випромінювання з високою точністю. Теоретично розраховано граничні умови застосування ММД, визначено максимальні флюенси протонних та електронних пучків за яких детектори зберігають працездатність. Експериментально продемонстровано ефективну реєстрацію профіля іонізуючого випромінювання за допомогою розробленої 128-канальної детекторної системи. Досягнуто моніторинг просторового розподілу та інтенсивності α-випромінювання Pu-239 в режимі реального часу. На основі проведених досліджень розроблено конструкцію профілометрів на основі сенсорів ММД 128 та електроніки Sens-Tech XDAS V3 для моніторингу профілю міні пучків у ПФРТ. У третьому розділі наведено результати експериментальних результатів фракціонування гамма-квантів 6МеВ від медичного прискорювача Varian Clinac iX за допомогою латунного та свинцевого коліматора. Проведені Монте-Карло симуляції у програмних пакетах GEANT4 та Fluka які повторюють експеримент та верифікують подальші результати Монте-Карло симуляцій. Проведені Монте-Карло симуляції у програмному пакеті GEANT4 для визначення кращого матеріалу для коліматора за параметром поглинання випромінювання, найкращім матеріалом виявився вольфрам. Проведені Монте-Карло симуляції у програмному пакеті Fluka процесів колімації та фракціонування пучків гамма-квантів енергії 25 МеВ і електронів 18 MеВ за допомогою вольфрамових коліматорів. Встановлено оптимальну товщину коліматорів для ефективного фракціонування пучків різних енергій. Показано необхідність збільшення товщини коліматора у 2 рази порівняно з товщиною повного поглинання для оптимального фракціонування пучка. Продемонстровано можливість досягнення високих показників фракціонування (PVDR понад 10) для опромінення неглибоких пухлин як фотонами, так і електронами. Водночас встановлено швидке розмивання фракціонування з глибиною через інтенсивне розсіювання пучків. Показано ключову роль вторинних електронів у формуванні просторового розподілу дози від фракціонованих гамма-пучків. Це істотно впливає на профіль дози та обмежує глибину проникнення фракціонованих міні-пучків. На основі аналізу експериментальних результатів та результатів Монте-Карло симуляцій розроблено три версії конструкцій модульних вольфрамових коліматорів для ПФРТ. Показана можливість гнучкого налаштування геометрії та параметрів коліматорів під різні умови опромінення. Отримані результати є значним внеском у розвиток фізико-технічних засад ПФРТ на основі гамма- та електронних пучків. Розроблені методики та технічні рішення становлять підґрунтя для подальшого розвитку цього методу.
Registration Date
2024-01-05
popup.nrat_date
2024-02-05 / 2026-07-01
