WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

БОРИСОВ Георгий Иванович

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕЙТРОНО–ЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ

03.01.01.01 – «Радиобиология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико–математических наук

Москва–2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт»)

Официальные оппоненты: доктор физико–математических наук, профессор Климанов Владимир Александрович доктор физико–математических наук, профессор Кураченко Юрий Александрович доктор технических наук, профессор Наркевич Борис Ярославович

Ведущая организация: Федеральное государственное учреждение «Медицинский радиологический научный центр».

Министерство здравоохранения и социального развития, г. Обнинск.

Защита диссертации состоится «________» 2012 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.65 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Отзывы просим посылать по адресу: Т.В.

Веселовой, Биологический факультет МГУ, Ленинские горы, Москва, 119991.

Автореферат разослан « » « » 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Т.В. Веселова Общая характеристика диссертационной работы

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 решнной проблемой медицины.

Разработанные в середине прошлого века в США физические основы реализации НЗТ позволяют проводить только ограниченные объмы 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 В–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 объмов 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 расчтов 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 расчтов (ТПМ) для НЗТ. Разработанный комплекс ТПМ является общедоступным инструментом оперативных расчтов характеристик терапевтических пучков и характеристик самой НЗТ в различных моделях е 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 расчтов, 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 расчтные 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.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ 1. Комплекс теоретических и полуэмпирических методов оперативных расчтов (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–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 20г. 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 1страницах, включая 37 таблиц, 48 рисунков и список литературы из наименований и состоит из Введения, четырх Глав и Заключения. Каждая из Глав также содержит введение и заключение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Нейтроно–захватная терапия с использованием ядерной реакции и дозообразующих –содержащих препаратов привлекла внимание специалистов физиков и онкологов США, ещ в1936 г.

Рис. 1. Современные представления ядерных характеристик дозообразующей реакции и характеристиках взаимодействия продуктов этой реакции с биологической тканью.

Из Рис. 1 следует, что суммарный пробег продуктов реакции ( –частицы ядра ) соразмерим с размерами биологических клеток. Это обеспечивает преимущественное поражение ДНК клеток опухоли.

Кроме того опухоль представляет собой не гомогенную смесь больных и здоровых клеток, а их конгломераты, что усиливает этот эффект. Далее, при поглощнной дозе 30 Гр в каждой клетке протекает от 20 до 30 реакций. При этом возникает заметная вероятность разрыва обеих спиралей ДНК, что исключает возможность рекомбинации оборванной спирали в процессе жизнедеятельности клетки до е естественной гибели, поскольку деление клеток без полноценных ДНК становится невозможным. Реакция сопровождается излучением фотонов с энергией =478 кэВ с высоким выходом = 93,7% слабо поглощаемых в мягких биологических тканях (МБТ), создающее пренебрежимо малые дозы. Это позволяет использовать дозиметрию нейтронов по мгновенному фотонному излучения на всех стадиях НЗТ от пред клинических исследований и диагностики до облучения пациентов. К настоящему времени в Японии достигнуты концентрации в клетках опухоли до 30 ppm, в 7,8 раза, превышающие концентрации в здоровых клетках. Таким образом, –НЗТ обладает такими уникальными возможностями селективного поражения клеток опухоли, какими не обладает ни один другой метод лучевой терапии, что особенно важно при терапии головы и головного мозга человека, где сохранение максимального количества здоровых клеток является такой же важной проблемой, как и поражение клеток опухоли.

Попытки реализации –НЗТ начались в США только со второй половины 50–х годов прошлого столетия. Этот этап совпал со стремительным развитием компьютерных нейтронных расчтных технологий. Специалистами США в этой области были проведены расчты требований к характеристикам терапевтических пучков промежуточных нейтронов и способов реализации этих требований, ставших «каноническими» по настоящее время.

Первые эксперименты с пациентами с использованием двух реакторов, соответствующих этим канонам, к сожалению, не дали подтверждения перспективности – НЗТ для терапии злокачественных опухолей мозга человека. НИР в США в области НЗТ были прекращены до 1996г.

Реализация –НЗТ была продолжена в Японии, начиная 1968 г., где за короткое время было создано 7 реакторов американского типа и были достигнуты определнные успехи, поддержавшие продолжение НИР. В России разработки в области –НЗТ проводятся только на уровне НИР.

Реализация –НЗТ отстат от масштабов этой общечеловеческой гуманитарной проблемы во всм мире, как по количеству, так и основному качественному показателю – уровню выживаемости пациентов. И это на фоне фантастических достижений в науке и технике, в областях высоких технологий и в медицине в том числе. Количество пациентов, прошедших –НЗТ во всм мире не превышает одной тысячи при выживаемости менее 40%.

Это цифра совершенно очевидно не соответствует уникальным физическим характеристикам реакции. Альтернативные лучевые и не лучевые методы лечения рака развиваются гораздо быстрее.

На 12–ом Международном Конгрессе по НЗТ в 2006 г. Япония представила полные протоколы результатов своих последних 4–летних исследований по – НЗТ. В работе принимали участие 4 Университета, 2 Онкологических клиники и авторов высокой квалификации в области НЗТ. По–видимому, такая выживаемость недостаточна для достижения необходимой конкурентной способности В–НЗТ.

Во вступительном обращении Президент Конгресса сообщил, что Япония сокращает количество своих терапевтических реакторов с 7 до 2.

Рис. 2. Выживаемость пациентов в 4–летнем эксперименте по реализации – НЗТ в Японии с учтом потери ими здоровья в результате проведенного лечения соответствии с Kaplan–Meier Analysis составила не более 39%.

Из рис. 2 следует, что возможности существующих методов исчерпаны и для дальнейшего прогресса в области –НЗТ необходимо создание новых физических направлений е развития и реализации.

ГЛАВА 1. Комплекс теоретических и полуэмпирических методы расчтов (ТПМ) для НЗТ.

Уже более 50 лет все теоретические расчты для НЗТ практически полностью монополизированы методами математического моделирования, в большинстве случаев, с использованием различных модификаций Monte Carlo Neutron Program (MCNP).

Расширение областей применения методов математического моделирования неизбежно приводит к отчуждению специалистов, непосредственно работающих в «объективной реальности» естественных наук, от полного, точного и ясного понимания от основных процессов, протекающих при НЗТ. Этот факт признатся и самими специалистами, работающими в «виртуальной реальности».

Основой ТПМ являются классические разделы нейтронной физики: теория замедления, диффузии, рассеяния, отражения и поглощения нейтронов. ТПМ базируется на фундаментальных понятиях физики нейтронов: макроскопических сечениях процессов взаимодействия нейтронов с веществом, альбедо нейтронов, длин замедления, диффузии и миграции нейтронов, ядерных и атомных данных, а также простом и с физической точки зрения очевидном и главное оперативном математическом аппарате.

Эффективная масса вещества в поле медленных нейтронов.

Для создания ТПМ потребовалось введение нового физического понятия – эффективной массы вещества, находящейся в поле медленных нейтронов. Это понятие возникло совершенно естественным образом при рассмотрении нами возможности дистанционной дозиметрии нейтронов по мгновенному фотонному излучению, возникающему при взаимодействии нейтронов с облучаемыми объектами. И только спустя много лет при разработке теории инвазивной НЗТ стало очевидным, что эта количественная характеристика полей медленных нейтронов в облучаемых объектах является столь необходимым недостающим звеном для создания ТПМ НЗТ.

Эффективной массой называется такая масса вещества, в которой протекает такое же количество реакций поглощения медленных нейтронов, какое протекает во всм облучаемом объекте, а количество этих реакций в единичной массе постоянно и равно максимальному значению этой величины в облучаемом объекте. Эффективная масса может быть измерена экспериментально и имеет такое же право на существование, как и множество других понятий, используемых в физике.

В соответствии с данным определением:

, (1) где – полное количество реакций поглощения нейтронов в облучаемом объекте, а – максимальное значение количества реакций поглощения медленных нейтронов в единичной массе облучаемого объекта.

Из определения эффективной массы следует, что при делении всей энергии, поглощнной в эффективной массе, на эффективную массу получается максимальное значение поглощнной дозы медленных нейтронов в эффективной массе. Это определяет физическую значимость понятия эффективной массы для ТПМ. [Дж]/[Гр]=[кг] в системе СИ.

Общие аналитические выражения ТПМ.

Из характеристик реакций медленных нейтронов с нормальной биологической тканью и тканью с целенаправленно изменнным составом имеет смысл рассматривать только реакции, и реакции с дозообразующими препаратами.

Очевидно, парциальный состав всех дозообразующих реакций может быть рассчитан в соответствии с выражениями:

, (2) где i – индекс поглощающего нейтроны нуклида или ядерной реакции; – сечение ядерной реакции, – относительная массовая концентрация, – атомный вес.

Далее, количество энергии, выделяющейся в каждой ядерной реакции на захват одного медленного нейтрона может быть рассчитано в соответствии с выражениями:

, (3) где – индекс продукта ядерной реакции, – энергия продукта ядерной реакции.

Полное количество выделившейся энергии на один захват нейтрона может быть вычислено из выражениями, (4) Далее компоненты поглощнной энергии на один захват нейтрона рассчитываются в соответствии с выражениями:

, (5) где – доля энергии продуктов ядерных реакций, поглощнная в эффективной массе. Для электронов, протонов и тяжлых заряженных частиц = 1 в предположении, что размеры опухоли много больше длин пробегов всех указанны заряженных частиц. Для фотонов можно получить достаточно достоверные приближнные оценки в соответствии с выражениями:

,, (6), (7),, (8) где – радиус эффективной массы, принимаемую за сферическую, – средний пробег фотонов в эффективной массе, – линейный коэффициент поглощения фотонов. Последние три выражения естественно являются приближенными, но в большинстве случаях эффективные массы действительно близки к сферическим. А приведенные выше оценки дают именно максимальные значения коэффициентов поглощения фотонов.

Далее полная поглощнная энергия в заданной массе на один захваченный нейтрон определяется из выражения:

, (9) Целесообразно ввести общую характеристику радиационной травматичности конкретных методик НЗТ в виде отношения всей энергии покинувшей эффективную массу к поглощнной к ней энергии:

(10) Общие аналитические выражения ТПМ представляют собой очевидный аналитический аппарат вычисления средних значений выделившейся и поглощнной в эффективной массе энергии продуктов ядерных реакций со статистическими весами, равными макроскопическим сечениям дозообразующих ядерных реакций Теоретические и полуэмпирические методы расчтов (ТПМ) для ИНЗТ При ИНЗТ пучок нейтронов вводится внутрь фантома, тела животного или пациента через существующие либо создаваемые хирургическим путм полости.

При этом облучаемый объект представляет собой практически идеальную ловушку нейтронов и подавляющая часть всех нейтронов, попавших внутрь объекта через входное отверстие, будут поглощены внутри него, (и это существенно упрощает теорию). Из этого факта следует, что:

, (11), (12) где – количество поглощнных нейтронов, – полный поток нейтронов (не зависимо от спектрального состава, поскольку ловушка поглотит все нейтроны), – площадь вводимого пучка нейтронов, – максимальное значение плотности потока медленных нейтронов в облучаемом объекте, которое из–за процессов многократного рассеяния нейтронов в облучаемом объекте может несколько превосходить, а – полное макроскопическое сечение поглощения медленных нейтронов облучаемым объектом.

В точном соответствии с определением эффективной массы:

(13) (14) где ( – длина диффузии теплового нейтрона).

Для рассматриваемых случаев 0,9 1, Далее расчт плотности потока терапевтического пучка нейтронов, необходимой для достижения заданной мощности поглощнной дозы в максимуме пространственного распределения медленных нейтронов и кермы промежуточных нейтронов:

, (15) где =30 Гр/час – поглощнная в объекте энергия на один поглощнный нейтрон.

Керма промежуточных нейтронов (включая и быстрые нейтроны) терапевтического пучка нейтронов при ИНЗТ рассчитывается в соответствии с выражением:

, (16) где – полная плотность потока нейтронов (включая тепловые, промежуточные и быстрые нейтроны); = 0,1– допустимое (по нашему мнению) соотношение поглощнной дозы промежуточных и быстрых нейтронов на поверхности объекта и дозы медленных нейтронов в максимуме их пространственного распределения;

парциальный вклад промежуточных и быстрых нейтронов в полный флюенс нейтронов (характеристика конкретных терапевтических пучков).

Общее количество всех ядерных реакций и количество каждой реакции в одной клетке массой, например,,=7,5·7,5·7,5· =0,422 мкг соответствующие заданной поглощнной дозе нейтронов можно рассчитать в соответствии с выражениями:

, (16), (17) Результаты расчтов характеристик ИНЗТ с использованием ТПМ Количество приводимых примеров расчетов с использованием ТПМ ограничено, поскольку рассчитать вс многообразие конкретных комбинаций характеристик НЗТ просто невозможно, а для каждой конкретной комбинации проще произвести самостоятельные расчты, овладев исключительно простой теорией ТПМ.

В аналитических выражениях и таблицах нижние индексы соответствуют ядерным реакциям. Верхние индексы соответствуют введенным дозообразующим препаратам.

Индекс МБТ– соответствует мягкой биологической ткани.

Каждый результат, полученный с использованием ТПМ НЗТ, представляет собой мини эксперимент в доступном мире «виртуальной аналитической реальности» как по времени, так и по стоимости.

В первом эксперименте (левый столбец Табл. 2) облучалась опухоль МБТ эффективной массой.= 20г без введения дозообразующих препаратов. Во втором эксперименте (правый столбец Табл. 2) облучалась такая же масса опухоли, содержащей 30 ppm B.

Таблица 1. Сравнение характеристик ИНЗТ мягкой биологической ткани (МБП) и ткани, и ткани, содержащей 30 ppm B № МБТ МБТ+ 2 = 20 г; = 0,442 см = 20 г; = 0,581 см = 0,914; = 0,086 = 0,210 -2 -1 9 -2 - = 1,5·10 см ·с = 2,5·10 см ·с -13 2 -12 = 2,2·10 Гр·см = 1,31·10 Гр·см =509; = 0 = Из левого столбца Табл.1 следует общий вывод о том, что НЗТ МБТ без изменения характеристик е взаимодействия с нейтронами не имеет физического смысла Следует обратить особое внимание на расчтные значения необходимых плотностей полных потоков нейтронов, для достижения максимальной мощности поглощнной дозы нейтронов 30 Гр/час в МБП и для ткани с концентрацией (правый столбец Табл. 1) Отношение этих значений определяет контрастность терапии. Для МБТ без и ткани с концентрацией контрастность равна. При отношении концентраций в раковых и здоровых клетках контрастность равна Это интересный и важный результат.

В диссертации для различных моделей НЗТ и для возможных дозообразующих препаратов с приводится также ограниченное количество примеров расчтов. Рассматриваются также перспективы замены обычной воды тяжлой водой.

Теория НЗТ на тепловых нейтронах Для узких пучков нейтронов ( где – длина диффузии теплового нейтрона, может быть рассчитана из очевидных выражений, также вытекающих из определения эффективной массы:

, (18) где – альбедо облучаемого объекта, а множитель учитывает утечку нейтронов из облучаемого объекта.

Для широких пучков нейтронов эффективная толщина слоя ткани, облучаемой медленными нейтронами, вычисляется из выражения:

(г/см ) =, (19) где множитель в знаменателе учитывает увеличение плотности потока нейтронов на входе широкого пучка в облучаемый объект за счт вылетающих нейтронов.

Из общей теории диффузного отражения нейтронов с использованием справочных данных значения альбедо может быть определено из выражения:

(20) где – длина диффузии, которая зависит от концентрации введнных препаратов, – длина переноса нейтронов.

не зависят друг от друга.

Выражения для вычисления плотности потока тепловых нейтронов для достижения мощности поглощнной дозы нейтронов для узких и широких пучков имеют вид:

(21) (22) Результаты численных расчтов характеристик НЗТ поверхностных опухолей на тепловых нейтронах.

Применение ТПМ позволило, наконец, объяснить слабеющий с годами, но не исчезающий интерес к Gd–НЗТ при чрезвычайно высоких концентрациях Gd в опухоли, достигающих 13500 ppm.

Парциальный вклад реакций нейтронов с природными элементами МБТ пренебрежимо мал. Вклад в поглощнную дозу процессов, обусловленных внутренней конверсией фотонного излучения не играет определяющей роли и составляет 30% и 18% для широких и узких пучков, соответственно.

Таблица 2. Сравнение характеристик НЗТ на широком и узком пучках (правый и левый столбцы таблицы) тепловых нейтронов при концентрации Gd в ткани 13500 ppm.

№ МБТ + МБТ + -2 = 0,411 г·см = 10 г; = 24,3 см = 7386 кэВ = 7386 кэВ = 64,4 кэВ = 64,4 кэВ = 148 кэВ = 286 кэВ = 64,4 кэВ = 64,4 кэВ 8 -2 -1 7 -2 - = 1,5·10 см ·с = 6,1·10 см ·с -10 2 -10 = 1,2·10 Гр·см = 2,0·10 ·Гр·см = 369, = 366 = 226, = 2 Результат «виртуального эксперимента» (Табл. 2) объясняет, почему остатся популярной гадолиниевая терапия и почему нужны такие высокие концентрации гадолиния. Эта терапия позволяет достичь необходимой мощности дозы при низких требованиях к характеристикам нейтронных пучков при высокой радиационной травматичности НЗТ и высокой стоимости источника фотонов в качестве исследовательского атомного реактора.

Рис. 3. Результаты B–НЗТ терапии паротидной опухоли гланд.

Наблюдаемый положительный результат, представленный на Рис. 3, оправдывает проведение нами эксперимента в «виртуальной аналитической реальности» МБТ, с внешним введением тяжлой воды и B–содержащих препаратов, хотябы потому, что такие эксперименты абсолютно безопасны и ничего не стоят.

Таблица 3. Сравнение характеристик НЗТ МБТ и МБТ с D2O (kH = 0,0185 ) в геометрии широкого пучка.

№ МБТ + = 0,637 МБТ+ = 0,7-2 - = 4,87 г·см = 4,87 г·см = 0,513 = 0,88 -2 -1 8 -2 - = 8,0·10 см ·с = 5,1·10 см ·с -12 2 -12 = 1,5·10 Гр·см = 7,6·10 Гр·см Полученные результаты (Табл. 3.) показывают, что такая B-НЗТ будет иметь очень хорошие характеристики при низких требованиях к параметрам терапевтических пучков. Но достижение столь высоких концентраций B является проблематичным.

Полуэмпирическая теория НЗТ на промежуточных нейтронах.

Благодаря высоким содержаниям водорода все биологические объекты являются эффективными замедлителями нейтронов. Поэтому при любом энергетическом составе внешнего нейтронного поля, прежде всего в них образуется поле медленных нейтронов <0,4 эВ. Деление энергетических интервалов для элементов МБТ является довольно условным понятием, поскольку сечения протекающих ядерных реакций обратно пропорционально скоростям нейтронов, а плотности потоков нейтронов прямо пропорциональны.

Именно продукты ядерных реакций медленных нейтронов с нуклидами биологической ткани и с введнными дозообразующими нуклидами и создают терапевтическую дозу при НЗТ.

Для того чтобы использовать ТПМ НЗТ на промежуточных нейтронах достаточно измерить для необходимого дискретного набора жидких тканеэквивалентных фантомов и узких терапевтических пучков следующие характеристики:

1. Значения эффективных и терапевтических масс (Табл. 4). В пределах терапевтической массы плотность потока медленных нейтронов отличается от максимального значения в 2 раза в меньшую сторону;

2. Значения альбедо для конкретных терапевтических пучков (Табл. 4).

распределения плотностей потоков медленных нейтронов по оси пучка в фантомах;

3. Распределение плотностей потоков медленных нейтронов по оси пучка.

Подробное рассмотрение экспериментальных методов и средств измерений для получения экспериментальной информации необходимой для ТПМ приведено в Главе 2 диссертации.

Далее, учитывая, что поверхности с одинаковыми плотностями потоков медленных нейтронов близки к сферическим, выражение для вычисления эффективной массы в зависимости от площади терапевтического пучка нейтронов в соответствии с определением эффективной массы может быть записано в виде:

, (23) где – радиус пучка нейтронов, – минимально возможное значение эффективной массы биологической ткани при облучении объекта узкими пучками промежуточных нейтронов, максимальный поток медленных нейтронов для узкого пучка, –постоянная плотность потока медленных нейтронов на поверхности сферы с радиусом – переменная интегрирования, –расстояние от максимума пространственного распределения медленных нейтронов до центра сферической поверхности с радиусом Введение различных дозообразующих препаратов, естественно приводит к изменению значений эффективных масс, облучаемых медленными нейтронами. В связи с этим возникает необходимость разработки математического аппарата для оперативных теоретических расчтов эффективных масс.

Таблица 4. Экспериментальные результаты измерения характеристик пространственных распределений медленных нейтронов в водном растворе мочевины с содержанием азота 2,6% при различных способах формирования энергетических спектров терапевтических пучков нейтронов.

Фильтры для формирования энергетического спектра пучка Измеряемая нейтронов величина Без Cd Fe, Al, S SiO2 В фильтра -2 -1 8 8 7 6 см с 4,26·10 1,78 10 1,01·10 2,34·10 6,03·15,5 8,74 238 462 3, г 0,61 0,76 0,43 0,32 0, отн.ед Для узких пучков промежуточных нейтронов выражение для значений эффективной массы может быть записано в виде выражений:

(24), (25) где – длина миграции нейтрона (полное среднее расстояние между точкам рождения и поглощения нейтрона), плотность МБП, – длина диффузии теплового нейтрона (среднее расстояние между точками рождения и поглощения теплового нейтрона), – длина замедления нейтрона (среднее расстояние между точкой рождения и точкой, в которой он достиг тепловой энергии).

Более того, с использованием приведнных выше выражений можно рассчитать длину замедления нейтронов того спектра терапевтического пучка, который соответствует измеренному значению эффективной массы, а также форме и размерам облучаемого объекта в соответствии с выражением:

, (26), (27) где – длина диффузии тепловых нейтронов в МБП, – длина диффузии тепловых нейтронов в воде, – макроскопическое сечение поглощения тепловых нейтронов в воде, – макроскопическое сечение поглощения нейтронов в МБТ.

Из теории замедления нейтронов следует, что длина замедления и длина диффузии не зависят друг от друга.

Для расчтов поглощнных доз нейтронов и временных режимов НЗТ необходимо также обладать возможностью оперативных расчтов альбедо облучаемых объектов при изменении их состава путм введения дозообразующих препаратов.

При НЗТ понятие «альбедо» определяется по отношению разности числа нейтронов, упавших на объект и числа поглощнных в нм нейтронов к числу нейтронов, упавших на объект. Расчт – альбедо для дискретного набора облучаемых объектов для конкретных терапевтических пучков при достигнутой концентрации препарата производится в соответствии с выражением:

(28) где – длина переноса нейтронов в фантоме для определнного способа формирования терапевтического пучка и определнной геометрической форме и размерах фантома, которая измеряется для того же фантома при элементном составе эквивалентном нормальной биологической ткани в выражениях:

(29), (30), (31) Таблица 5. Результаты расчтов значений эффективных и терапевтических масс нормальной биологической ткани для различных площадей терапевтических пучков промежуточных нейтронов.

Способ формирования энергетического Измеряемая величина спектра терапевтического пучка нейтронов Cd B Fe, Al, S 2,79 4,0 3,, см 0,43 0,32 0,1,58 2,04 2,, см 238 462 3Sпуч = 0 см г 48 144 г 286 492 4Sпуч = 3,14 см г 58 153 г 430 595 5Sпуч = 12,6 см г 87 185 1 г 621 753 7Sпуч = 28,3 см г 125 156 1 г 897 997 10Sпуч = 50,3 см г 181 234 2 г 1280 1284 15Sпуч =78,5 см г 258 400 3 г – длина замедления промежуточных нейтронов терапевтических пучков.

– альбедо фантома при облучении его терапевтическим пучком промежуточных нейтронов. – длина переноса нейтронов в фантоме.

Эффективный нижний энергетический порог спектрального распределения медленных нейтронов с фильтром из Cd составляет 0,4 эВ, с используемым фильтром из В 795 эВ. С использованием фильтра Fe, Al, S получаются квази– моноэнергетические нейтроны с энергией 24 кэВ малой интенсивности. Они могут представлять интерес для многих исследований с нейтронами и, в частности, в медицине.

Важнейшей проблемой НЗТ является оптимальный выбор площадей терапевтических пучков нейтронов. Во всм мире эти площади превосходят 78,см, т.е. имеют диаметр более 10 см. ТПМ позволяет рассчитывать значения и значения отношений плотностей потоков медленных нейтронов в максимуме их пространственного распределения к максимально возможному, которое достигается при бесконечном увеличении их площади.

Рис. 4. Зависимости и отношения от площади терапевтического пучка.

Линейная зависимость от (Рис. 4) доказывает, что увеличение площади пучка не приводит к увеличению глубины проникновения поля медленных нейтронов в облучаемый объект. Разумное значение площадей пучков должно определяться отношением и должно соответствовать размерам опухоли.

Интересно отметить (Табл. 5), что рассчитанные по результатам измерения эффективной массы, длины замедления нейтронов при различных способах формирования их энергетического спектра имеют разумные с физической точки зрения значения. Прежде всего, они несколько меньше справочных данных для замедления нейтронов деления в бесконечной среде. Было бы досадно получить противоположный результат для фантомов с ограниченными размерами. Это подтверждает как обоснованность введения понятия эффективной массы, так и используемого математического аппарата.

Таблица 6. Характеристики В–НЗТ при формировании терапевтического пучка промежуточных нейтронов диаметром 10 см ( = 78 см ) с использованием фильтра из Cd для различных концентраций В в опухоли.

10 20 40 80 1 223 199 169 138 12,7 2,0 1,3 0,74 0,-1 -2 2,1· 1,4· 0,81· 0,42· 0,24· с ·см ·2 - Гр·см ·10 4,0· 5,9· 10· 20· 35· 13,6 20 25 29 При =78,5 см НЗТ с удовлетворительными характеристиками начинается с =30 ppm. При дальнейшем увеличении концентрации В заметно снижаются значения эффективной и терапевтической масс пространственного распределения медленных нейтронов. Данные Табл. 6.

соответствуют общепринятым в мире значениям необходимой плотности потоков промежуточных нейтронов при достижимой концентрации B в опухоли. Эти результаты соответствуют общепринятым значениям, что косвенно также подтверждают продуктивность рассматриваемой ТПМ НЗТ.

Таблица 7. Характеристики 235U–НЗТ при формировании терапевтического пучка промежуточных нейтронов диаметром 10 см ( с использованием фильтра из Cd для различных концентраций 235U в опухоли.

40 80 160 320 6 1280 1270 1260 1242 12 257 256 254 250 21,9 1,4 0,75 0,40 0,-1 -2 1,7· с ·см ·10 1,1· 0,64· 0,36· 0,18· 2 - Гр·см ·10 5,0· 7,7· 13· 23· 47· 0,25 0,32 0,38 0,41 0,Для достижения терапевтического эффекта достаточной концентрацией является (Табл. 7). Малое количество дозообразующих реакций в одной клетке, скорее всего, исключает использование обогащнного урана в НЗТ.

Применение полуэмпирических методов ТПМ при НЗТ на промежуточных нейтронах для определения пространственных распределений медленных нейтронов в облучаемых объектах.

Рис. 5. (располагается на следующей странице). Пространственные распределения полей медленных нейтронов при различных способах формирования пучков промежуточных нейтронов.

Верхний фрагмент получен с использованием парного эмиссионного томографа специалистами Японии с использованием различных способов повышения контрастности изображений и обработки цифровой информации и опубликованный в электронном виде в материалах 12 Международного Конгресса по НЗТ в Японии в 2006 г. Фрагменты (А) и (Б) – результаты наших измерений осевых пространственных распределений медленных нейтронов в жидком ткане– эквивалентном фантоме. (Г) и (Д) – пространственное распределение поля медленных нейтронов в фантоме для узкого пучка промежуточных нейтронов, полученные с использованием измеренных осевых распределений. (Ж) и (З) расчтное пространственное распределение в фантоме для широкого пучка промежуточных нейтронов площадью 78,5 см (диаметром 10 см). (И) – пространственное распределение медленных нейтронов на терапевтических реакторах типа TAPIRO (Италия), KUR и JRR (Япония) и подавляющем большинстве остальных реакторов в мире. Маловероятно, чтобы при таких пространственных распределениях было возможно вылечить опухоль, изображнную на Рис. 5, фрагмент (И).

Выводы. ТПМ позволяет во многих случаях оперативно рассчитывать характеристики различных моделей НЗТ при использовании различных дозообразующих препаратов без проведения экспериментов. Среди них есть и оценки новых возможных направлений в НЗТ.

Общее количество различных проведенных экспериментов в «виртуальной реальности» ТПМ многократно превышает количество приведенных в реферате и в самой диссертации.

Применение ТПМ с использованием исследований с фантомами облучаемых объектов, которое всегда возможно, повышает достоверность получаемых результатов. Результаты таких экспериментов близко соответствуют системе «терапевтический пучок нейтронов + облучаемый объект». Это позволят сформировать и непрерывно пополнять компьютерную базу данных пространственных распределений потоков медленных нейтронов в облучаемых объектах. Причм время таких экспериментов меньшее времени, затрачиваемого при математическом моделировании НЗТ.

Все приведенные результаты расчтов, в приведенных таблицах представляют собой совокупность осмысленных данных, согласующихся между собой и известными характеристикам НЗТ.

Вполне доступная работа с ТПМ порождает заметный эффект понимания возможностей реализации и перспектив развития НЗТ и вообще применения нейтронов в медицине. Это существенно для всего персонала, участвующего в работах по проблеме НЗТ и в других исследованиях с нейтронами.

Рис. 5. Подпись к рисунку на предыдущей странице.

Глава 2. Экспериментальные физические методы НЗТ.

Для проведения методических разработок и их реализации на животных и человеке необходимо располагать полной совокупностью физических методов и средств исследований, измерений и контроля НЗТ.

Методы и средства исследований фармакокинетики и биологической эффективности дозообразующих терапевтических препаратов.

Наше участие в проблеме НЗТ началось в середине 70–х годов именно с аналитического обеспечения разработок и исследований по разработке новых B– содержащих препаратов на касательном ГЭК №7 реактора ИР–8 НИЦ «Курчатовский институт». К настоящему времени по количеству облучнных мышей и результатов анализов на содержание B в их органах и тканях мы опережаем любую из стран мира, занимающихся аналогичными проблемами.

Этому способствовала поддержка гранта INTAS, объединившая ведущих специалистов Европы, включая и Россию, в области химии бора:

1. ИОЯФ, ИРМТ и другие подразделения РНЦ «Курчатовский институт», Москва.

2. Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина, РАМН Москва. 3.

ГУ Институт элементоорганических соединений (ИНЭОС) им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва. 4. ГУ Институт общей и неорганической химии (ИОНХ) им. Н.С.

Курнакова РАН Москва. 5. ГУ Медицинский радиологический научный центр (МРНЦ) РАМН, г. Обнинск. 6. Страстклайдский Университет г. Глазго Великобритания. 7. Институт органической химии и биохимии г. Гарлих Германия.

8. Бременский Университет г. Бремен, Германия. 9. ООО Институт рентгеновской оптики, 10. ИРО, Москва Unisantis SA, Geneva, Switzerland.

Рис. 6. Экспериментальное оборудование для массовых исследований формакокинетики новых разработанных B–содержащих препаратов in vitro на касательном канале ГЭК№7 реактора ИР–8.

С использованием этого экспериментального оборудования (Рис. 6) общее количество измерений концентрации B in vitro в органах и тканях экспериментальных животных превысило 10 тысяч, а количество облучнных экспериментальных животных in vivo более 300. В процессе выполнения договора с INTAS были разработаны технологии изготовления новых 50 B–содержащих препаратов, исследована их формакокинетика и биологическая эффективность. Все измерения проводились с использованием полупроводниковой спектрометрии фотонного излучения облучаемых объектов.

Дозиметрия нейтронов по мгновенному фотонному излучению (ДНМФИ), возникающему при взаимодействии нейтронов с облучаемыми объектами in vivo и in vitro.

Нами предложена, теоретически экспериментально обоснована возможность дозиметрии нейтронов с использованием полупроводниковой спектрометрии мгновенного фотонного излучения, возникающего в реакциях нейтронов с элементами облучаемого объекта (способ ДНМФИ, Авторское свидетельство).

Рис. 7. Экспериментальное оборудование для B–НЗТ и дозиметрии нейтронов мелких животных с использованием ДНМФИ при изучении биологической эффективности новых дозообразующих препаратов.

Компоненты поглощнной дозы нейтронов при В–НЗТ, создаваемые тепловыми нейтронами в реакциях, и рассчитывались по результатам измерений спектров мгновенного фотонного излучения с использованием полупроводниковой спектрометрии облучаемых объектов (Рис. 7).

Методы и средства оперативного контроля полных потоков, спектральных и дозовых характеристик терапевтических, диагностических и исследовательских пучков нейтронов реактора Дозиметрия и спектрометрия нейтронов является «узким» местом экспериментальной нейтронной физики вообще. Главными недостатками известных методов являются либо низкая оперативность, либо высокие погрешности измерений, либо не достаточные энергетические диапазоны измерений.

Нами предложено устройство – всеволновой счетчик для регистрации и спектрометрии нейтронов (ВССН). В нм используется регистрация мгновенного фотонного излучения, возникающего при взаимодействии нейтронов с многослойными мишенями. Для регистрации мгновенного излучения из реакций радиационного поглощения или неупругого рассеяния нейтронов используется многоканальный полупроводниковый спектрометр. Калибровка ВССН производится экспериментально с нейтронами различных энергетических групп, получаемых с использованием соответствующих фильтров в системе коллимации пучка нейтронов.

Рис. 8. А, Б, В, Г – различные конфигурации ВССН для различных полей нейтронов. Г – Конфигурация Г (поз. 4, 6, 7) – спектрометр нейтронов и фотонов является уникальным прибором, позволяющим одновременно измерять спектральный состав фотонных и нейтронных полей, что необходимо для исследований радиационной обстановки в физическом зале реактора и других рабочих помещениях. (Рис. 8) Значительный интерес для метрологии нейтронного излучения терапевтических пучков представляет простой односекционный всеволновой счтчик (ВСН) с гомогенной водородосодержащей мишенью–замедлителем нейтронов (например, из полиэтилена) с входным отверстием. Эффективность регистрации нейтронов такого устройства определяется абсолютной эффективностью регистрации фотонов с энергией =2223 кэВ из реакции используемым полупроводниковым детектором и слабо зависит от энергии нейтронов во всм диапазоне, представляющем практический интерес.

Все измерения с ВСН и получение конечных результатов занимают несколько минут при их воспроизводимости, ограниченной только статистическими погрешностями измерений площадей пиков полного поглощения энергии фотонов. ВСН – это прецизионный, высокопроизводительный и универсальный инструмент для измерения характеристик излучений (включая и фотонное) пучков нейтронов в любом необходимом диапазоне спектральных распределений нейтронов. При этом используются и различные фильтры в системе коллимации пучка нейтронов (Cd, B, кварц, силикат висмута – Bi12(SiO)20, полиэтилен – CH2, для получения квази моно энергетических нейтронов Fe Al S).

Экспериментальные методы исследований физических характеристик взаимодействия терапевтических, диагностических и исследовательских пучков нейтронов с облучаемыми объектами и получения экспериментальной информации для ТПМ.

Экспериментальные исследования с фантомами облучаемых объектов с использованием ВССН, ВСН и метода ДНМФИ, основанные на полупроводниковой спектрометрии мгновенного фотонного излучения и теоретические и полуэмпирические методы расчтов (ТПМ) для НЗТ не исключают, а взаимно дополняют и обогащают друг друга.

В соответствии с определением эффективная масса может быть найдена из выражения:

, (32) где – скорость счта импульсов в пике излучения фотонного излучения водорода из фантома, – средняя эффективность регистрации фотонного излучения водорода с энергией 2223 кэВ, – макроскопическое сечение радиационного захвата нейтронов водородом, – плотность потока медленных нейтронов в максимуме их пространственного распределения.

Пространственное распределение плотности потока медленных нейтронов по результатам экспериментов с мишенью из бора, перемещаемой внутри фантома, находится из выражения:

, (33) где – скорость счта импульсов в пике фотонного излучения, из мишени, – эффективность регистрации фотонного излучения B с энергией 478 кэВ, – макроскопическое сечение реакции нейтронов с B, – масса в мишени.

При использовании всеволнового счтчика нейтронов, фантома облучаемого объекта и спектрометра мгновенного фотонного излучения экспериментальное значение альбедо фантома – рассчитывается из выражения:

(34) где – отношение числа реакций нейтронов с водородом в единицу времени в фантоме и в ВСН.

С использованием гомогенного ВСН возможно оценить соотношение нейтронной и фотонной компонент формируемых пучков нейтронов в предположении, что все фотоны имеют эффективную энергию 2223 кэВ.

Рис. 9. Экспериментальное оборудование для обеспечения необходимой информацией ТПМ.,измерений эффективных масс, альбедо облучаемых фантомах, осевых и пространственных распределений для ТПМ.

Оборудование (Рис. 9) позволяет накапливать базу данных пространственных распределений нейтронных полей для различных моделей НЗТ и терапевтически пучков различного спектрального состава.

Рис. 10. Пространственные распределения потоков тепловых нейтронов в фантоме при ИНЗТ.

При ИНЗТ значение терапевтической массы может достигать достигать 70% от массы эффективной и более в зависимости от площади фокусного пятна. Это означает, что ИНЗТ обладает низкой радиационной травматичностью в сравнении с другими моделями НЗТ.

Выводы. Полупроводниковая спектрометрия мгновенного фотонного излучения, возникающего при взаимодействии нейтронов с исследуемыми живыми объектами, фантомами и специальными мишенями является универсальным эффективным средством нейтронных измерений и иследований при НЗТ:

1. Для контроля формирования терапевтических диагностических и исследовательских пучков нейтронов с использованием ВССН;

2. Для дистанционной дозиметрии нейтронов методами ДНМФИ;

3. Для массовых исследовний фармакокинетики и биологичесской эффективности новых 10B–содержащих препаратов.

4. Для получения экспериментальных данных необходимых для ТПМ.

Глава 3. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ПУЧКОВ НЕЙТРОНОВ.

Введение.«Канонические» требования к характеристикам излучений терапевтических пучков промежуточных нейтронов (Табл. 8), получены ещ в прошлом столетии.

Минимально допустимое значение плотности потока промежуточных 9 -1 -нейтронов = 10 с ·см (Табл. 8) соответствует максимальному значению мощности поглощнной дозы в облучаемом объекте при НЗТ на промежуточных нейтронах. Это значение плотности потока промежуточных нейтронов считается общепринятым и хорошо согласуется с результатами наших расчтов с использованием методов ТПМ. Необходимо заметить, что плотность потока промежуточных нейтронов может быть и в несколько раз ниже. Гораздо важнее наиболее точное соответствие пространственного распределения медленных нейтронов и размеров опухоли. Япония широко использует фракционированные облучения (до 5 фракций). При использовании касательных каналов выполнение ограничений на Керму фотонов выполняется без какаих либо проблем. Далее с Кермой промежуточных и быстрых нейтронов можно разобраться и без MCNP.

Таблица 8. Минимально допустимый набор основных характеристик терапевтических пучков промежуточных нейтронов.

Плотность потока Керма промежуточных и Керма фотонов на промежуточных и быстрых нейтронов, единичный поток быстрых нейтронов, промежуточных и быстрых -1 -2 2 с ·см Гр см нейтронов, Гр см Из простых арифметических расчтов следует, что при указанных в Табл. ограничениях, доза, создаваемая промежуточными и быстрыми нейтронами терапевтического пучка – при времени облучения определяется выражением:

(35) т.е. составит всего 6% от максимального значения дозы медленных нейтронов в максимуме их пространственного распределения.

Допустимые значения кермы промежуточных и быстрых нейтронов определяют глубину проникновения формируемых пространственных распределений медленных нейтронов в облучаемые объекты.

Методы формирования терапевтических пучков нейтронов.

В подавляющем большинстве случаев в мире для формирования терапевтических пучков промежуточных нейтронов используется одна и та же схема, состоящая из источника нейтронов, модификатора исходного спектра, основанного на использовании резонансного рассеянии быстрых нейтронов и коллиматора–отражателя на диффузном отражении нейтронов от свинца или висмута. Такая схема позволяет минимизировать мощности используемых реакторов, но формирует пучки нейтронов с высокой расходимостью, что также существенно уменьшает глубину пространственных распределений медленных нейтронов в облучаемых объектах.

Рис. 11. Итальянский реактор TAPIRO мощностью всего 5 кВт.

А. Схема модификатора энергетического спектра промежуточных нейтронов. Б.

Внешний вид реактора. В. Внешние коллиматоры TAPIRO, размеры и форма которых вызывает удивление. Г. Формирование энергетического спектра с использованием резонансного рассеяния быстрых нейтронов алюминием и фтором.

Форма и размеры выходных коллиматоров вызывает удивление.

В любом случае физические установки с одним терапевтическим пучком нейтронов (Рис. 9) не смогут решить главную проблему НЗТ – лечения значимого количества пациентов и повышения их выживаемости. Для того чтобы НЗТ смогла давать значимый вклад в лечение рака необходимо создавать медицинские центры, возможно на базе атомных реакторов с большим числом пучков нейтронов различного назначения и различными характеристиками со всем комплексом медицинского оборудования, всем необходимым персоналом и производительной организацией работы.

Новое направление формирования терапевтических, диагностических и исследовательских пучков нейтронов с использованием касательных каналов исследовательских реакторов.

Нами предложен, разработан, и экспериментально исследован на реакторе ИР–8 новый способ формирования терапевтических пучков тепловых и промежуточных нейтронов, основанный на использовании вторичных источников нейтронов в виде водородосодержащих рассеивателей (ВР) или рассеивателей из других материалов, располагаемых в касательном канале напротив центра активной зоны реактора. ВР состоят из наборов листового полиэтилена толщиной мм, которые располагались под разными углами к оси канала.

Рис.12. А – Зависимость полного сечения взаимодействия нейтронов с водородом.

Б – ВР в касательном канале реактора. В – иллюстрация к методу расчетов кермы эпитепловых нейтронов.

Физические основы, обеспечивающие эффективность предложенного вторичного источника просты, очевидны и общеизвестны Измерены характеристики терапевтических пучков нейтронов получаемых при ВР с различной толщиной в направлении пучка нейтронов. Для измерения, характеристик излучений терапевтических пучков использовался однослойный всеволновой счтчик нейтронов фильтр из толщиной 0,5 мм и фильтр из -разделнного изотопа толщиной около 1г·см (Табл. 12 и 13).

Физическими моделями всех спектров нейтронов является спектр Ферми, который в логарифмическом масштабе представляет собой прямую параллельную оси абсцисс в измеряемых эффективных границах:

– нижняя эффективная граница всех спектров нейтронов, фильтруемых ; толщиной 0,4 мм (является известной общепринятой величиной);

– нижняя эффективная граница всех спектров нейтронов, фильтруемых ;

E1= 4 МэВ верхняя эффективная граница спектров нейтронов формируемых рассеивателем из бериллия длиной 400 мм;

– верхняя эффективная граница спектров нейтронов формируемых -ВР толщиной 3,9 г·см в направлении пучка;

– верхняя измеряемая эффективная граница спектров нейтронов формируемых -ВР толщиной 1 г·см в направлении пучка;

верхняя измеряемая эффективная граница спектров нейтронов, -формируемых ВР толщиной г·см в направлении пучка;

Значения кермы быстрых нейтронов при различных толщинах водородосодержащих рассеивателей рассчитывались в соответствии с выражениями:

= 13·Гр·см (36) = 8,5·Гр·см (37) = 13·Гр·см (38) Таблица 9. Спектральные и дозовые характеристики пучков нейтронов полученных с помощью бериллиевого рассеивателя -2 -1 5, – плотность потока тепловых нейтронов, см с ·.– отношение плотности потока нейтронов в энергетическом 0,интервале эВ к полной плотности потока нейтронов.

– плотность потока промежуточных нейтронов в 2,1 -2 -1 энергетическом интервале эВ, см с ·10.

Керма промежуточных и быстрых нейтронов в энергетическом -12 3,интервале эВ, 10 Грсм.

– плотность потока промежуточных нейтронов в 1,1 9· -2 -энергетическом интервале эВ,10 см с.

Керма промежуточных нейтронов в энергетическом интервале -12 7, эВ, 10 Грсм.

Плотности потоков промежуточных нейтронов в энергетических интервалах эВ и эВ вполне достаточны для НЗТ. Использование касательного канала позволяет свободно изменять формировки спектрального состава терапевтических пучков. Пространственное распределение медленных нейтронов в облучаемом объекте, формируемое узким пучком промежуточных нейтронов в энергетическом интервале эВ создат терапевтическую дозу в массе 144 г, а в энергетическом интервале эВ только 48 г (Рис. 4.1–4.5).

Выигрыш по терапевтической массе и геометрическим характеристикам просто огромный. Для B–НЗТ мозга эти характеристики являются определяющими.

Таблица 10. Спектральные и дозовые характеристики пучков нейтронов полученных с помощью водородосодержащих рассеивателей различной толщины в направлении пучка при мощности реактора 8МВт Толщина рассеивателя, Определяемая величина 3,9 1,0 0,Плотность потока тепловых нейтронов -1 -2 -, с ·см ·Плотность потока промежуточных нейтронов -1 -2 -, с ·см ·10, эВ, Плотность потока промежуточных нейтронов -1 -2 -, с ·см ·10, эВ Керма промежуточных и быстрых нейтронов в -13 13 8,5 5,энергетическом интервале эВ, 10 Грсм.

Керма промежуточных нейтронов в энергетическом -13 29 21 интервале эВ, 10 Грсм.

Угловые характеристики пучка заведомо лучше, чем при любых других способах формирования терапевтических пучков нейтронов. При толщине рассеивателя характеристики терапевтического пучка полностью удовлетворяет самым строгим требованиям НЗТ. Хотя и при толщине рассеивателя 3,9, учитывая приведенные ранее замечания и малое значение кермы фотонов, характеристики пучка тоже приемлемы для НЗТ.

Таблица 11. Характеристики 10В-НЗТ при формировании терапевтического пучка промежуточных нейтронов диаметром 10 см ( с использованием фильтра из 10B толщиной 10 мм для различных концентраций В в опухоли.

10 20 40 80 112 1170 1092 989 884 84 344 319 289 258 23,2,6 1,9 1,2 0,72 0, 13,4 19 25 29 -1 -2 -3,1,8 1,3 0,81 0,47 0,34,с см ·2 -2,8· 4,5 6,4 10 18 25 K, Гр·см · При = 30 ppm расчтные значения плотности потоков и кермы промежуточных нейтронов соответствуют данным Табл. 26 (см. Табл. 9 и 10).

Кроме того, из сравнения данных выделенных фрагментов Табл. 2 и 3 и Табл. 11 следует, что контрастность терапии заметно уменьшается с ростом эффективной и терапевтической массы. Это связано с тем, что возрастает фотонная компонента поглощнной дозы нейтронов. Тем не менее, при = 30ppm допустимое значение кермы промежуточных и быстрых нейтронов (Табл. 11) может быть увеличено на порядок. Отсюда следует, что на касательных каналах исследовательских ректоров можно создавать терапевтические пучки промежуточных нейтронов с заданными характеристиками путм подбора массы рассеивающих ядер и толщины фильтров из B.

Расчты были проделаны с помощью полуэмпирической ТПМ НЗТ на промежуточных нейтронах.

Программа и проект реконструкции экспериментального оборудования ГЭК №7 реактора ИР–8 РНЦ «Курчатовский институт» Добиться повышения конкурентно способности НЗТ в короткие сроки можно используя касательные каналы исследовательских реакторов. И первым шагом России в этом направлении может стать создание нового исследовательского комплекса оборудования для реализации НЗТ на касательном сквозном ГЭК №7 реактора ИР–8 НИЦ «Курчатовский институт».

ИР–8 по своим характеристикам, конфигурации и техническому состоянию, безусловно, является действующим лидером реакторов России. Именно на этом реакторе, учитывая и общую проработку проблемы в целом, в кратчайшие сроки гарантированно возможно создать первый терапевтический и первый диагностический пучки нейтронов, удовлетворяющие современным физическим требованиям при минимально возможных затратах на реализацию проекта.

Рис. 13. Общая компоновка экспериментального оборудования для исследований и реализации НЗТ на реакторе ИР–8.

Создание нового комплекса оборудования ГЭК №7 (Рис. 11) необходимо для того, чтобы на практике изучить возможности и перспективность разработанных методов и устройств формировании терапевтических, диагностических и исследовательских пучков нейтронов. Получить, наконец, полноценные пучки тепловых, промежуточных и смешанных терапевтических пучков нейтронов.

Конструкторская документация уже частично разработана на (40–50)%.

Рис. 14. Гипотетический специализированный медицинский реактор из нашего доклада в Буэнос Айресе со многими терапевтическими, диагностическими и исследовательскими пучками нейтронов. А – горизонтальное сечение. Б – вертикальное сечение.

Пройдт видимо немало лет, прежде чем появятся такие (Рис. 14) или возможно какие–то другие специализированные высокопроизводительные центры НЗТ.

Заключение. У разработанных методов использования сквозных касательных каналов для НЗТ и исследований с использованием капиллярной нейтронно оптики существует реальная перспектива применения по крайней мере на 2 реакторах в РФ: ИР–8 в Москве и ВВР–2 в Азии, в Сибири под Екатеринбургом. Реакторы типа ИРТ существуют в Ираке и Ливии.

Глава 4. Физические основы создания капиллярных нейтроно–оптических систем (КНОС) для нейтроно–захватной терапии и других фундаментальных и прикладных исследований с нейтронами Введение. Капиллярная оптика рентгеновского излучения в настоящее время чрезвычайно широко и успешно используется в фундаментальных и прикладных исследованиях, а также и в коммерческих приборах. Капиллярная оптика нейтронов не получила столь широкого распространения.

Существуют объективные причины такому положению дел с нейтронной капиллярной оптикой во всм мире. Это, прежде всего, отсутствие точечных источников медленных нейтронов вообще, и в тоже время достаточно дешвых и доступных, как острофокусные рентгеновские трубки.

Кроме того, радикальное различие свойств тепловых нейтронов и фотонов рентгеновского диапазона энергий, что и представляет значительный научный и практический интерес к исследованиям с нейтронами, но создат немалые трудности для реализации экспериментальных возможностей нейтронной капиллярной оптики. Это связано с более высокой прозрачностью стеклянных капиллярных оптических изделий для медленных нейтронов, чем для рентгеновского излучения. Что существенно усугубляет и первую проблему.

КНОС для формирования терапевтических и аналитических пучков нейтронов при B–ИНЗТ.

Малочисленные известные публикации о возможном использовании КНОС для НЗТ не устанавливают количественных связей между характеристиками источников нейтронов, конкретными параметрами КНОС и достигаемым терапевтическим эффектом.

Использование ТПМ B–ИНЗТ позволяет определить характеристики КНОС для облучения необходимой массы биологической ткани, характеристики пучков и режимов облучения для достижения необходимого терапевтического эффекта, например, (Табл.1) Флюенс нейтронов – на выходе из любой КНОС определяется выражением:

, (39) где – плотность потока тепловых нейтронов на поверхности источника нейтронов; – критический угол отражения нейтронов от стенок капилляра;

– суммарная площадь отверстий капилляров на входе линзы; – трансмиссия линзы, т.е. отношение флюенса нейтронов на выходе из линзы к флюенсу на входе;

– линейный коэффициент выведения нейтронов из пучка воздухом, – расстояние от источника нейтронов до детектора нейтронов.

При этом минимальное число отражений определяется выражением :

(40) где и – длина капилляра и его диаметр.

В поли–капиллярных фокусирующих НОС значение не превышает 10% при размерах фокуса менее 1мм. Такие КНОС по очевидным причинам не представляют интереса для НЗТ.

Для НЗТ предложена КНОС одного отражения, в которой максимальная длина моно капилляров определяется выражением.

Рис. 15. Коническая фокусирующая капиллярная нейтронно–оптическая система (КНОС) одного отражения нейтронов от стенок капилляра для получения интенсивных потоков нейтронов при инвазивной НЗТ (ИНЗТ).

1. Коническая сборка прямолинейных моно капилляров. 2. Радиационная защита КНОС. 3. Водородосодержащий рассеиватель в касательном канале реактора – вторичный источник нейтронов. 4. КНОС на сборочном стапеле.

В таких капиллярах (Рис. 13) максимальное число отражений теплового нейтрона равно единице. При этом волновой телесный угол захвата тепловых нейтронов определяется выражением, а геометрический –.

Отсюда следует, что КНОС в четыре раза увеличивает соотношение тепловых и эпитепловых нейтронов. Кроме того плотность потока тепловых нейтронов в фокусе КНОС близка к плотности потока с коническим коллиматором с точностью до заполнения отверстиями капилляров выходной поверхности КНОС.

Пространство между расходящимися моно капиллярами полностью заполняется порошковыми материалами, эффективно поглощающими или рассеивающими нейтроны и фотоны, что практически компенсирует прозрачность стекла для нейтронов всех энергий и жсткого фотонного излучения.

Таблица 12. Экспериментальные результаты измерения характеристик фокусирующей КНОС из прямолинейных моно капилляров.

,с–1 МВт–1, % 0,21 5,5 10 Марка стекла АБ–1. Внутренний диаметр 2,0 мм. Длина 640 мм. Геометрическая –апертура 7,6 10. Число отражений нейтронов 0,64. Суммарная площадь внутренних отверстий капилляров 2,64 см Пространственное разрешение предложенной фокусирующей КНОС из прямолинейных моно капилляров составляет 4,75 мм (площадь фокусного пятна 0,18 см ). В реальной геометрии ИНЗТ с такой КНОС возможно получить 9 -1 -плотность потока тепловых нейтронов в фокусном пятне 2,6·10 ·с ·см.

Для многих аналитических исследований в НЗТ, необходимы пучки тепловых нейтронов высокой чистоты. С этой целью разработана, изготовлена и исследована фокусирующая КНОС из 8 цилиндрических поли капиллярных стержней диметром 7,7 мм и диаметром капилляров 8 мкм, длиной 30 см из стекла марки АБ–1. Требуемый радиус изгиба поли капиллярных столбиков обеспечивается с высокой точностью в пределах их упругих деформаций. Система коллимации на входе и выходе КНОС исключает возможность прямого попадания излучения из источника нейтронов, каковым является бериллиевый рассеиватель, в измерительную камеру.

Рис. 16. КНОС для получения пучков тепловых нейтронов высокой чистоты.

применяется для нейтроно–радиационного анализа B in vitro.

1. Водородосодержащий рассеиватель – вторичный источник нейтронов. 2. Поли капиллярные цилиндрические стержни. 3. Радиационная защита оптической системы. 4. Исследуемый образец.

Таблица 13. Характеристики фокусирующей КНОС для получения чистых пучков тепловых нейтронов для нейтроно–радиационного анализа in vitro.

-, с-1·МВт,% 0,009 6,4 Марка стекла – АБ–1. длина моно капилляров –.

Радиус изгиба – Радиус изгиба Критический радиус изгиба – Диаметр капилляров Число отражений Из данных Табл. 13.

следует, что разработанная и изготовленная фокусирующая КНОС позволяет получить чистые пучки тепловых нейтронов с парциальным вкладом надтепловых 5 -1 -нейтронов менее 1% с интенсивностью.6,4·10 с ·МВт. При этом трансмиссия КНОС составляет 17%. Пространственное разрешение КНОС составляет 8,0 мм.

Эти характеристики не являются предельными. Получение пучков тепловых нейтронов (Рис.16) позволяет минимизировать расстояние между детектором фотонного излучения и исследуемой мишенью. Что позволяет повысить метрологические характеристики используемых аналитических методов. Возможна дальнейшая оптимизация как коллимирующей, так и оптической части КНОС этого типа.

КНОС с квазиточечным источником нейтронов.

Разработана, изготовлена, исследована и успешно используется в различных экспериментах КНОС с новой системой формирования входного пучка нейтронов, которая представляет собой так необходимый всей нейтронной капиллярной оптике квазиточечный источник нейтронов.

Для достижения этого результата разработана КНОС, отличающаяся тем, что: 1. Входная часть любой линзы, направленная на источник нейтронов, имеет действительный фокус, расположенным между входной частью линзы и источником нейтронов, 2. Отверстие входного коллиматора выполнено в виде двух усеченных конусов, малые основания которых совпадают и расположены в фокальной плоскости входной части линзы, 3. радиус источника нейтронов, радиус основания входного коллиматора, примыкающего к линзе, равный радиусу входной части линзы и фокусное расстояние – входной части линзы выбирают из соотношений:

, (41) где – расстояние от источника нейтронов до входной части линзы.

Относительные масштабы источника нейтронов, входной части поликапиллярной линзы и расстояния между ними значительно изменены для наглядности принципа действия квазиточечного источника нейтронов (см. размеры на Рис. 17).

Рис. 17. КНОС с квази точечным источником нейтронов.

1. Вторичный источник нейтронов – рассеиватель нейтронов. 2. Коллимирующая система КНОС. 3. Поли–капиллярная линза.

Таким образом, положительный эффект достигается за счет того, что минимальный радиус отверстия входного коллиматора КНОС равен радиусу фокусного пятна входной части линзы, что сводит к минимуму флюенсы всех видов излучений источника нейтронов, попадающих в линзу. При этом все виды излучений, вылетевшие из источника нейтронов и прошедшие через минимальное отверстие входного коллиматора, попадают в линзу под углами, не превосходящими критический угол, однако входная часть линзы захватывает и отклоняет от первоначальной траектории только тепловые нейтроны. Это означает, что количество тепловых нейтронов, прошедших по капиллярам, является максимально возможным для данного источника нейтронов. Таким образом, входной коллиматор представляет собой «квазиточечный источник тепловых нейтронов» (Рис. 17) для входной части линзы. Кроме того, при линейных размерах входной части КНОС, удовлетворяющих системе уравнений, углы между осью входной части КНОС и направлениями траекторий всех видов излучений достигают наибольших возможных значений. Что существенно повышает эффективность поглощения всех видов излучений, не прошедших по капиллярам линзы, в радиационной защите, окружающей линзу и выходном коллиматоре и сокращает флюенсы излучений всех видов, рассеянных в самой линзе.

Из экспериментальных данных следует, что в пучке нейтронов реактора КНОС с цилиндрическим входным коллиматором, помимо фокусного пятна, формирует гало тепловых нейтронов, флюенс которого в 3,6 раза превосходит флюенс тепловых нейтронов в фокусе КНОС. КНОС с квазиточечным источником нейтронов в 32 раза увеличивает отношение эффект – фон для тепловых нейтронов, в 15 раз увеличивает отношение эффект – фон для тепловых и надтепловых нейтронов. При этом измеряемый флюенс тепловых нейтронов в фокусе и е трансмиссия не уменьшились, а несколько увеличились, а площадь фокуса, создаваемая КНОС – прототипом в 4,8 раза превосходит площадь КНОС, изготовленную в соответствии с формулой изобретения. Площадь фокуса, создаваемая КНОС с цилиндрическим входным коллиматором, в 4,8 раза превосходит площадь КНОС с квазиточечным источником нейтронов.

В настоящее время можно изготовить линзы различной геометрии. В зависимости от конфигурации выходной части КНОС, может выполнять различные функции: формирование сфокусированного пучка тепловых нейтронов, формирование цилиндрического пучка тепловых нейтронов, формирование квазипараллельных пучков тепловых нейтронов с минимальным углом расхождения отклонение пучка нейтронов от первоначального направления.

Формула Патента не содержит ограничений на размеры входной части линз и используемого источника излучения и их соотношения. Поэтому квази–точечные источники излучений могут быть использованы в капиллярных рентгено– оптических системах и, в особенности, в тех случаях, когда необходимо использовать мощные рентгеновские трубки с высоким напряжением более 50 кэВ.

При больших токах рентгеновских трубок сложно получить достаточно малые размеры фокусного пятна и, кроме того, при указанных значениях напряжения возникает проблема гало рентгеновского излучения, как и для нейтронов.

Некоторые примеры применения КНОС КНОС могут найти применение в НЗТ для терапии мозга и головы с использованием тепловых нейтронов и естественных полостей: ушных проходов, дыхательных каналов при терапевтической массе опухоли несколько десятков граммов. Через полость рта вполне возможна терапия, как на тепловых, так и на промежуточных нейтронах и их смесях при терапевтической массе опухоли до ста граммов и более. Хорошим помощником при этом может стать ТПМ ИНЗТ.

Капиллярная нейтронная оптика может найти широкое применение в фундаментальных и прикладных нейтронных исследованиях в физике твердого тела, в ядерной физике, в биологии и медицине в проблемах, не связанных с НЗТ.

Рис. 18. Действующий нейтронный дифрактометр с КНОС.

1. Активная зона реактора – первичный источник нейтронов. 2. Рассеиватель – вторичный источник нейтронов, 3. Касательный сквозной ГЭК № 7. 4.

Квазиточечный источник нейтронов. 5. Поли капиллярная линза. 6. Исследуемый образец. 7. Цилиндрический Immerged Plate детектор. 8. Реальное дифракционное изображение на разврнутом Immerged Plate детекторе.

При мощности реактора 4,5 МВт, время измерения составило 30 мин. Такая КНОС (Рис.18) позволяет работать с нейтронами также просто как с рентгеновским излучением.

Поиск таких задач, представляющих научный и практический интерес, по– видимому, всегда будет актуальной проблемой, требующей привлечения широкого круга специалистов.

Рис. 19. Разработанный проект аналитического нейтронно–рентгено–оптического микроскопа с КНОС.

1. Оптический стол. 2. Оптический рельс. 3. Стойка библиотеки проб. 4.

Библиотека проб. 5. Вертикальная подвижка библиотеки. 6. Накопительный барабан библиотеки. 7. Полупроводниковый детектор фотонного излучения проб.

8. Стойка детектора фотонов.

Полную смену экспериментального оборудования (Рис. 18, 19) диагностического и исследовательского пучка нейтронов можно произвести за несколько часов без остановки реактора.

Заключение. Получение пучков тепловых нейтронов различной геометрической конфигурации, достаточной интенсивности (для их практического использования) и с малым вкладом других видов излучений является актуальной проблемой современной экспериментальной нейтронной физики. Решение этой проблемы с помощью КНОС позволит:

1. Расширить возможности фундаментальных и прикладных исследований с нейтронами.

2. Повысить эффективность использования дорогостоящих источников нейтронов и экспериментального оборудования.

3. Уменьшить габариты экспериментальных установок и их радиационных защит.

удешевить изготовление экспериментального оборудования за счт использования коммерческих опто–механических и других изделий, используемых в рентгеновской физике.

4. Существенно улучшить фоновые условия проводимых исследований и их радиационную безопасность.

Проектные работы по реконструкции экспериментального оборудования касательного сквозного ГЭК №7 реактора ИР–8 уже выполнены более чем на 50%.

Экспериментальные возможности КНОС гораздо шире потребностей НЗТ.

Но это совсем не плохо, поскольку физикам экспериментаторам хорошего современного уровня квалификации несколько тесновато в физических проблемах только одной НЗТ.

Заключение. Инновационный потенциал диссертации, охватывающий всю совокупность актуальных современных теоретических и экспериментальных физических проблем, представляет собой теоретическое и экспериментальное обоснование нового направления развития и реализации НЗТ, которое соответствует тысячелетним гуманитарным принципам медицины за счт индивидуального подхода к заболеванию каждого пациента и строгости законов естественных наук Реализация результатов обширных выполненных НИР позволит России занять, наконец, достойное место среди стран, вступивших на путь освоения технологии НЗТ злокачественных опухолей головы и мозга человека.

Текст диссертации, близкий к опубликованный в ЭЧАЯ монографии, может стать основой курса лекций по НЗТ для физических и медицинских ВУЗов, пока для одного семестра. И если иметь в виду развитие работ по НЗТ на ИР–8, то чтение лекций желательно начать в ближайшем будущем. Курс мог бы быть дополнен лабораторными работами на ГЭК №7.

Список публикаций по теме диссертации.

Монографии.

1. Г.И. Борисов. Теоретические и экспериментальные физические методы нейтронно–захватной терапии. Физика элементарных частиц и атомного ядра. ЭЧАЯ. 2011 г. Том 42. Вып. 5. С. 1371–1479.

Публикации в рецензируемых изданиях:

2. Г.И. Борисов, М.М.Комков, В.Ф. Леонов и др. Комплекс оборудования для инструментального элементного анализа. Атомная Энергия 1986. 60 (3).

С.186–190.

3. Борисов Г.И. Использование спектрометрии мгновенного гамма-излучения для дистанционной дозиметрии нейтронов. Атомная Энергия 1986. 60(5). С.

341–344.

4. Борисов Г.И. Использование спектрометрии мгновенного гамма-излучения для дистанционной дозиметрии нейтронов. Атомная Энергия 1986. 60(5).

С.341–344.

5. Борисов Г.И., Комков М.М. Леонов В.Ф. Применение спектрометрии мгновенного –излучения для оптимизации пучков нейтронов реактора в медико–биологических исследованиях. Атомная Энергия 1986, 60(3), С. 186– 190.

6. Алексеев И.Н. Богомолов Л.М., Борисов Г.И. et. al. Определение содержания бора в дополнительных поглотителях критических сборок методом нейтронноактивационного анализа. Атомная Энергия 1986, 65(1), С. 28–32.

7. Г.И. Борисов, М.М. Комков, В.Ф. Леонов. Применение спектрометрии мгновенного гамма-излучения для оптимизации пучков нейтронов реактора в медико–биологических исследованиях. Атомная Энергия, 1987. 63(6). С. 408– 412.

8. Борисов Г.И., Демидов A.M. Всеволновой детектор для спектрометрии нейтронов. Атомная Энергия 1989. 66(6). С. 408–412.

9. R. Spryshkova, M. Naidenov, G. Borisov. et. al. Biological efficacy of thermal neutrons using Na2 B12H11SH studied in vivo on B–16 mouse melanoma.

Strahlentharapie und Onkologie, 1989, Band 165 Heft 2/3, pp 213–215.

10. Борисов Г.И, Боровой А.А. и др. Контроль радиационной обстановки на реакторах методами полупроводниковой спектрометрии. Атомная Энергия 68(5), 1990 г. С. 385, 386.

11. Г.И. Борисов, Л.И. Говор, А.М. Демидов. Формирование пучков для нейтронозахватной терапии с использованием касательного канала реактора Атомная Энергия 1993. 75(5). С. 359–373.

12. G.I. Borisov, M.A. Kumakhov. Using one reflection neutron optics system for tailoring high flux neutron beams. NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS, A 529 (2004). P. 98–101.

13. G.I. Borisov, M.A. Kumakhov. Tailoring of neutron beams spectrum and spatial distribution by means of capillary optics NUCLEAR INSTRUMETS & METHODS, A 529 (2004). P. 102–105.

14. G.I. Borisov, M.A. Kumakhov. Poly-capillary lens for neutrons. NUCLEAR INSTRUMTS & METHODS, A 529 (2004). P. 129–133.

15. G.I. Borisov, R.I. Kondratenko Semi empirical Theory of B–NCT. Proc. 12th International Congress on Neutron Capture Therapy. Japan 2006. P. 489–491.

16. G.I. Borisov, L.I. Govor, R.I. Kondratenko et. al. Use of tangential channels of research reactors for neutron capture therapy (NCT). Proc. 14th International Congress on Neutron Capture Therapy. Argentina 2010. P. 424–426.

Авторские свидетельства и патенты 17. Борисов Г.И. Найднов М.Г. Способ непосредственного контроля тканевой и эквивалентной дозы тепловых нейтронов. Авторское свидетельство.

№1259198.1986. Бюл. изобр. №35.

18. Борисов Г.И., Демидов A.M. Счтчик нейтронов. Авторское свидетельство № 1393523. 1988. Бюл. изобр. № 16.

19. Борисов Г.И. Борисов Д.Г. Патент на изобретение №200914832 Устройство для терапии онкологических заболеваний. Приоритет от 28.12.2007.

20. Борисов Г.И., Ерак Д.Ю. Патент на изобретение №2009914832. Устройство для терапии онкологических заболеваний. Приоритет от 28.12.2009.

21. Г.А. Зедгенидзе, В.К.Бровцин, Р.А. Спрышкова, С.Н.Порохов, Г.И. Борисов В.Ф. Леонов. Определение элементного состава с помощью активационного анализа IN VITRO. Медицинская радиология, №8, 1979, С. 35–42.

Публикации в сборниках 22. Борисов Г.И., Воронов С.Ф., Pay Д.Ф. Полуэмпирический метод определения эффективности германиевых детекторов. Тезисы: Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра. ХХХV Всесоюзное совещание, Ленинград 1985, Издательствово: «НАУКА», с. 471.

23. R.A. Spryshkova, M. Naidenov, G. Borisov et. al. Biological efficacy of thermal neutrons using Na210B12H11SH studied in vivo on B–16 mouse melanoma. Third International Symposium on Neutron Capture Therapy, Bremen FRG, 31 May– 3 June 1988, part 11–1.

24. John Morris, R. Spryshkova, G. Borisov. et. al. Synthesis and characterization of 7– (CH3)3–N–4–{2,4–(NO2)2C6H3S}–nido–7–CB10H11 and its Biodistribution in C57Bl/6 mice bearing B–16 melanoma. Applied Organometallic Chemistry, 1995, 9, P.1–3.

25. Захаркин Л.И./Синтез бис (диалкиламинометил)–о–и–m–карборанов и исследование их в качестве возможных препаратов для боронейтронозахватной терапии / Л.И. Захаркин, В.A. Oльшевская, Р.А. Спрышкова, E.Ю. Григорьевa, В.И. Рябкова, Г.И. Борисов. Хим. фарм. журнал – 2000. т.34. № 6. С. 21–23.

26. G. I. Borisov, R.I. Kondratenko, M.A. Kumahov. Model of focusing capillary neutron optics system for invasive neutron capture therapy. Proc. 11th International Congress on Neutron Capture Therapy. USA 2004. Program Book. P. 44.

27. G. I. Borisov, M.A. Kumahov, R.A Spryshkova. Assessing Estimate Possibilities of Implementing Invasion Neutron Capture Therapy Using Capillary Neutron Optical Systems. Proc. 11th International Congress on Neutron Capture Therapy. USA 2004. P. 58.

28. G.I. Borisov, M.A., Kumakhov. Using one reflection neutron optics system for tailoring high flux neutron beams. Joint Meeting on Neutron Optics and Detectors.

2004. University of Tokyo, Tokyo, Japan 2004. Abstract Book. P.103.

29. G.I. Borisov, M.A. Kumakhov.. Tailoring of neutron beams spectrum and spatial distribution by means of capillary optics. 2004 Ibid. P.104.

30. G.I. Borisov, M.A. Kumakhov. 2004. Poly–capillary lens for neutrons. 2004 Ibid. P.

105.

31. G.I. Borisov, M.A. Kumakhov. Instruments and Methods for Investigation with Neutron Optic System on Reactor IR–8 of RRC Kurchatov Institute. 2004 Ibid. P.

119.

32. G.I. Borisov, R.A.Spryshkova, M.A. Kumakhov at.al. Implementing in Vasion Neutron Capture Therapy (INCT) Using Capillary Neutrons Optical Assessment.

Proceedings of SPIE. X–Ray and Neutron Capillary Optics II. 22–26 September 2004 Zvenigorod, Russia. P. 219–222.

33. G.I. Borisov, M.G. Naidenov, E.Yu. Koldaeva at.al. Neutron Capture of Melanoma on New Boron Carriers with Use of Neutrons Capillary Optics, 2004 Ibid. P. 198– 201.

34. G.I. Borisov, R.I. Kondratenko, M.A. Kumakhov. Estimation of Neutron Optical Characteristics of capillaries of different Shapes., 2004. Ibid. P. 55–59.

35. G.I. Borisov, M.A. Kumakhov. 2004. Ibid. P.129–133.

36. Г.И Борисов, М.А. Кумахов, Р.И. Кондратенко. Расчтные оценки возможности реализации инвазивной нейтронно–захватной терапии с капиллярных нейтронно–оптических систем. Тезисы. Российский Биотерапевтический Журнал 1/2005. С. 22.

37. Г.И. Борисов, Р.И. Кондратенко. Полуэмпирическая оценка характеристик пучков нейтронов для B–НЗТ Российский Биотерапевтический Журнал 1/2006. С. 34, 38. Г.И. Борисов, Р.И. Кондратенко. Формирование энергетических и пространственных распределений пучков нейтронов для нейтроно–захватной терапии с использованием касательного экспериментального канала реактора ИР–8 ФГУ РНЦ «Курчатовский институт». Международная научно– техническая конференция «Исследовательские реакторы в XXI веке, Москва 2006 г. Москва. Издательство ГУП НИКИЭТ. Доклад №49 на CD (6 стр.).

39. Г.И. Борисов, Р.И. Кондратенко, М.А. Кумахов и др. 2006. Ibid. «Разработки и исследования капиллярных нейтронно–оптических систем на горизонтальном касательном экспериментальном канале реактора ИР-8 ФГУ РНЦ «Курчатовский институт». Ibid. Доклад 112 (8 стр.).

40. Г.И. Борисов, Т.М. Варгина, Р.И. Кондратенко. Элементарная теория B–НЗТ на тепловых нейтронах. Российский Биотерапевтический Журнал 1/2007. С.

80.

41. Григорьева Е.Ю. Е.Ю. Григорьева, Е.Ю. Колдаева, М.Г. Найденов, Ю.В.

Стукалов, А.С. Масько, Г.И. Борисов. Нейтроно–захватная терапия меланомы мышей при использовании линзы Кумахова., Н.Т. Кузнецов, С.М. Лисовский, К.Ю. Жижин. Российский Биотерапевтический Журнал. 2007 № 4. С. 13–16.

42. G.I. Borisov, R.I. Kondratenko, Sharikov R.S. Program for Reconstruction of Experimental Equipment of horizontal tangent channel №7 of IR–8 reactor at RRC «Kurchatov Institute». Proc. 13th International Congress on Neutron Capture Therapy. Italy 2008. P. 392.

43. G.I. Borisov, R.I. Kondratenko, Sharikov R.S. The Basic Theory of B–NCT with Thermal Neutrons. Ibid. 2008. P. 556.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.