Введение к работе
Актуальность работы. По данным «Медицинского радиологического научного центра» (г. Обнинск) в России от рака мозга ежегодно погибает до 30 тысяч человек. Лечение злокачественных опухолей головы, шейного отдела и мозга человека является глобальной гуманитарной не решённой проблемой медицины.
Разработанные в середине прошлого века в США физические основы реализации НЗТ позволяют проводить только ограниченные объёмы НИР, которые на много порядков не соответствуют масштабам проблемы в количественном отношении. Достигнутые уровни выживаемости пациентов не обеспечивают необходимой конкурентной способности НЗТ относительно других методов лучевой терапии.
Целью работы было создание полного нового и эффективного комплекса теоретических и экспериментальных физических методов и средств реализации
6-НЗТ. В связи с этим были поставлены задачи:
1. Разработка комплекса теоретических и полуэмпирических методов
оперативных расчетов (ТПМ) НЗТ, доступной для физиков, врачей, биологов,
студентов и всех специалистов, занятых в проблеме НЗТ.
2. Разработка унифицированной экспериментальной базы для обеспечения
всего комплекса необходимых физических исследований, измерений,
диагностики, планирования и контроля НЗТ на всех стадиях.
3. Создание, теоретического и экспериментального обоснования
формирования терапевтических, аналитических, диагностических, и
исследовательских пучков нейтронов для различных моделей НЗТ,
ориентированных на повышение выживаемости пациентов, увеличение объёмов
реализации, снижение их радиационной травматичности и стоимости.
4. Разработка, создание и освоение капиллярных нейтронно-оптических
систем (КНОС) для реализации инвазивной В-НЗТ (ИНЗТ) на тепловых нейтронах с использованием естественных и создаваемых полостей головы и шейного отдела человека для расширения возможностей В-НЗТ
Научная новизна. Впервые разработан комплекс ТПМ НЗТ для оперативных расчётов в клинических условиях, основой которого являются классические разделы нейтронной физики. Большая часть аналитических выражений, являющихся основой ТПМ, при всей их простоте и очевидности впервые увидели свет при выполнении работ, представленных в диссертации.
Впервые разработана унифицированная экспериментальная база для обеспечения полного комплекса необходимых физических исследований,
измерений, диагностики, планирования и контроля НЗТ на всех стадиях, основанная на полупроводниковой спектрометрии мгновенного фотонного излучения возникающего при взаимодействии нейтронов с облучаемыми объектами (2 Авторских свидетельства).
Впервые создано, экспериментально и теоретически обосновано с помощью ТПМ новое направление формирования пучков нейтронов различного спектрального состава и различного назначения с использованием различных рассеивателей и фильтров располагаемых в сквозных касательных каналах исследовательских реакторов (Патент).
Впервые рассмотрена возможность получения большого количества нейтронных пучков различного назначения с использованием сквозных касательных каналов исследовательских реакторов. (Первая публикация в Материалах международного Конгресса по НЗТ в Буэнос Айресе в Аргентине в 2010 г.).
Впервые разработана, теоретически и экспериментально обоснована возможность использования капиллярных нейтронно-оптических систем (КНОС) для формирования пучков тепловых нейтронов достаточной интенсивности для инвазивной НЗТ (ИНЗТ) и других фундаментальных и прикладных исследований с нейтронами (первые публикации по теории ИНЗТ и конфигурации КНОС для ИНЗТ, доклад на международном Конгрессе по НЗТ в 2004 г. в Бостоне, США, Патент).
Практическая ценность: 1. Комплекс теоретических и полуэмпирических методов расчётов (ТПМ) для НЗТ. Разработанный комплекс ТПМ является общедоступным инструментом оперативных расчётов характеристик терапевтических пучков и характеристик самой НЗТ в различных моделях её реализации. Каждый участник работы может производить любые (даже самые фантастические) эксперименты в области «аналитической виртуальной реальности» ТПМ и получать количественные оценки результатов этих экспериментов. Может быстро оценить целесообразность НЗТ в зависимости, например, от достигнутой концентрации дозообразующих препаратов в опухоли и их фармакокинетики в организме пациента. ТПМ легко можно реализовать, например, в Microsoft Office Excel.
2. Экспериментальные физические методы НЗТ. Разработанные физические методы и средства измерений на основе полупроводниковой спектрометрии мгновенного фотонного излучения, возникающего при поглощении нейтронов в облучаемых объектах, обеспечивают оперативное получение всего комплекса экспериментальной информации необходимой для теоретических расчётов,
контроля, эффективности реализации НЗТ, а также исследования свойств новых дозообразующих препаратов. Время получения количественных результатов экспериментов составляет несколько десятков минут и в подавляющем большинстве случаев не превосходит часа.
При использовании разработанных экспериментальных методов все измерения производятся при помощи одного измерительного прибора -полупроводникового спектрометра фотонного излучения, обладающего высокими метрологическими характеристиками и прежде всего высокой эффективностью и разрешающей способностью, а также долговременной воспроизводимостью результатов измерений.
Возможности разработанных экспериментальных методов и средств исследований и измерений полностью соответствуют и удовлетворяют все потребности НЗТ.
3. Формирование терапевтических, диагностических, аналитических и
исследовательских пучков нейтронов для реализации НЗТ. В предложенных
методах формирования квази параллельных пучков тепловых и промежуточных
нейтронов используются вторичные источники - рассеиватели из бериллия,
водородосодержащих веществ различной толщины, располагаемых в касательных
сквозных каналах напротив центра активной зоны и различные фильтры,
располагаемые вблизи от обоих выходов.
Использование второго выхода ГЭК для формирования диагностических, аналитических и исследовательских пучков нейтронов позволит существенно повысить эффективность НЗТ и использования каналов в целом. Кроме того, работы на касательном канале реактора намного безопасней, чем на радиальных каналах, и поэтому вполне допускают работы с открытым каналом при остановленном реакторе, что позволяет достаточно оперативно изменять формировки терапевтических и диагностических и исследовательских пучков нейтронов.
4. Физические принципы создания капиллярных нейтронно-оптических
систем (КНОС) и экспериментального оборудования для НЗТ и других
фундаментальных и прикладных исследований с нейтронами. Разработки и
исследования с КНОС подтвердили возможность, целесообразность и
перспективность их применения для инвазивной НЗТ (ИНЗТ). С использованием
ТПМ получены расчётные данные характеристик терапевтических пучков,
необходимых для ИНЗТ.
Экспериментальные возможности применения КНОС в фундаментальных и прикладных исследованиях в естественных науках намного превосходят
потребности ИНЗТ. Использование КНОС позволяет за несколько часов полностью изменить назначение и конфигурацию экспериментального оборудования пучков без остановки реактора. Это позволяет многократно повысить эффективность использования экспериментальных каналов исследовательских реакторов и самих исследований.
1. Комплекс теоретических и полуэмпирических методов оперативных расчётов
(ТПМ) для НЗТ
2. Комплекс экспериментальных физических методов исследования свойств
дозообразующих препаратов, оперативной дистанционной дозиметрии облучаемых
живых объектов, контроля характеристик терапевтических пучков нейтронов,
получения экспериментальных данных для ТПМ НЗТ на основе
полупроводниковой спектрометрии мгновенного фотонного излучения,
возникающего при взаимодействии нейтронов с облучаемыми объектами.
3. Новый метод формирования терапевтических, диагностических и
исследовательских пучков нейтронов с использованием касательных каналов
исследовательских реакторов, различных рассеивателей у активной зоны реактора
и различных фильтров в выходной системе коллимации формируемых пучков
нейтронов.
4. Физические принципы создания капиллярных создания нейтронно-оптических
систем (КНОС) и экспериментального оборудования для НЗТ и других
фундаментальных и прикладных исследований с нейтронами.
АПРОБАЦИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. 1 Third International Symposium on Neutron Capture Therapy, Bremen, FRG 1988. 2. Seventh Symposium on Radiation Measurements and Application, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA, 1990. 3. International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer, Zurich, Switzerland, 4-7 September 1996. 4. Eighth International Symposium on Neutron Capture Therapy for Cancer. 13-18 September 1998, La Jolla, California, U.S.A. 5. Eleventh International World Congress on Neutron Capture Therapy (ISNCT-11) October 11-15, 2004 Boston USA. 6. X-Ray and Neutron Capillary Optics II. SPIE. Zvenigorod, Russia. 22-26 September 2004. 6. Joint Meeting on Neutron Optics and Detectors. 12-16 January 2004. 7. Всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные противоопухолевые препараты», Москва, 17-19 марта 2004. 8. 11th International Congress on Neutron Capture Therapy. USA. October 11-15, 2004. 9. Joint Meeting on Neutron Optics and Detectors. 2004. University of Tokyo, Tokyo, Japan 2004. 10. Всероссийская научно-практическая конференция «Отечественные
противоопухолевые препараты», Москва, 16-18 марта 2005. 11. Всероссийская конференция "Радиобиологические основы лучевой терапии", Москва, 19-20 апреля 2005. 12. VI Всероссийский съезда онкологов, «Современные технологии в онкологии», Ростов-на-Дону, 2005. 12. Международная научно-техническая конференция «Исследовательские реакторы в XXI веке», Москва 20-23 июня 2006 г. Москва. 13. IV съезд онкологов и радиологов СНГ, Баку, 28 октября - 10 ноября 2006. 14. 12th International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-12) October 9-13, 2006, Takagava, Kagaka, Japan. 15. 13th International World Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-13), 2-7 November 2008. Florence, Italy. 16. 14th International Congress on Neutron Capture Therapy (ICNCT-14), 25-29 October 2010, Buenos Ires, Argentina.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 43 работы, из них 16 в рецензируемых изданиях (одна монография в ЭЧАЯ), 2 Авторских свидетельства и 2 Патента.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация изложена на 178 страницах, включая 37 таблиц, 48 рисунков и список литературы из 98 наименований и состоит из Введения, четырёх Глав и Заключения. Каждая из Глав также содержит введение и заключение.
