![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Целью выполнения научно-исследовательской работы является получение новых научных результатов в области исследования структуры атомных ядер и ядерных реакций на основе развития и совершенствования теоретических и экспериментальных методов. Основными этапами работы являются разработка методов радиационной обработки биотканей, исследование относительной биологической эффективности (ОБЭ) ионизирующих излучений, методов и технологий лучевой терапии и ядерной медицины. В ходе выполнения работы планируется получить новые данные по устойчивости материалов имплантатов к воздействию высокоэнергетичных фотонов и электронов, провести уточненную оценку ОБЭ ионизирующих излучений с различными значениями линейной передачи энергии (ЛПЭ) методом компьютерного моделирования, разработать элементы медицинских ускорителей и аппаратов ядерной медицины, а также внедрить в учебный процесс технологии 3D лучевого планирования.
The aim of the research work is to obtain new scientific results in the study of the structure of atomic nuclei and nuclear reactions based on the development and improvement of theoretical and experimental methods. The main stages of work are the development of methods for the radiation treatment of biological tissues, the study of the relative biological effectiveness (RBE) of ionizing radiation, the methods and technologies of radiation therapy and nuclear medicine. In the course of the work, it is planned to obtain new data on the resistance of implant materials to the effects of high-energy photons and electrons, to make an accurate assessment of the RBE of ionizing radiation with various values of linear energy transfer (LET) by computer simulation, to develop elements of medical accelerators and nuclear medicine devices, and to introduce 3D radiation planning technology into the educational process.
1.Будут получены потоки нейтронов на медицинских ускорителях с граничной энергией тормозных фотонов от 6 до 20 МэВ. 2. Будут получены средневзвешанные по спектру эффективные сечения Сs-131 и Zr-89 наработанные на ускорителях с различной граничной энергией. 3.Будет оценена возможность получения 89-Zr в фотоядерных реакциях 4.Будут получены взвешенные по спектру интегралы сечения и средневзвешенные сечения 179Hf и 180Hf для медицинского изотопа 177Lu при граничных значениях энергии тормозных γ-квантов 17.5, 20, 37 и 55 МэВ.
1)В течение 2019 г. были проведены экспериментальные исследования по измерению спектра нейтронов, образующегося при работе линейного медицинского ускорителя электронов с граничной энергией тормозных фотонов 20 МэВ. Был измерен спектр нейтронов, рассчитана средняя энергия нейтронов, которая составила 0,89 МэВ. Определены эффективные сечения (у,n) и (n,у) реакции на естественном тантале. А также рассчитаны потоки нейтронов на медицинских линейных ускорителях различных производителей с граничной энергией 18-20 МэВ. 2) Выполнена оценка погрешностей ОБЭ рентгеновского излучения, связанных с определением поглощенной дозы в радиобиологических экспериментах. Показано, что в зависимости от спектрального состава рентгеновского излучения ошибки в определении поглощенной дозы могут достигать 40%—60%. 3) Был оценен вклад вторичных частиц в глубинное распределение поглощенной дозы при облучении фотонами. Показано, что, несмотря на большее по сравнению с другими каналами сечение фотопротонных и фотонейтронных реакций, основной вклад среди всех продуктов дают альфа-частицы. 4)Было проведено моделирование капсулированных источников с Se-75 с целью их потенциального использования в брахитерапии. Согласно протоколу TG-43 рассчитаны радиальная дозовая функция g(r) и функция анизотропии F(r,θ). Se-75 в качестве радионуклида для брахитерапии закрытыми источниками обладает многими преимуществами по сравнению с широко применяемыми изотопами и может служить альтернативой иридиевым источникам.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: 4.1. Новые данные по устойчивости материалов имплантатов к воздействию высокоэнергетичных фотонов и электронов. Целью цикла исследований является совершенствование существующих технологий изготовления костных имплантатов и разработка новых инновационных методик обработки и комплексного анализа структуры биоматериалов с точки зрения сохранения или изменчивости их свойств, параметров и характеристик. На этапе 2015 года осуществлялась работа по медико-биологическому и технологическому обоснованию необходимости и путей совершенствования технологических подходов к решению актуальной проблемы стерилизации костных имплантатов. Проведен всесторонний анализ существующих подходов и методик стерилизации биоимплантатов, наиболее широко используемых в настоящее время в практике тканевых банков, дана оценка преимуществ и недостатков отдельных методик стерилизации, степени их эффективности, а также технологических и медицинских проблем, связанных с их применением. Показано, что в современной практике изготовления костных имплантатов преимущественной технологией их стерилизации является радиационная стерилизация с использованием гамма-квантов или пучков быстрых электронов. Проведена детальная оценка основных факторов, определяющих как преимущества данной технологии, так и проблемы, связанные с ее применением, создающие определенные проблемы и ограничения при ее практическом использовании. Проведенный анализ дал возможность обосновать необходимость разработки нового подхода к созданию инновационной технологической цепочки, позволяющей получить качественно новый результат на основании комбинированного воздействия различных физических и химических факторов. Осуществлен первый цикл установочных экспериментов, направленных на обоснование рабочих диапазонов параметров такого воздействия. В качестве экспериментальной базы использовался ускоритель электронов с энергией 1 МэВ НИИЯФ МГУ. Комбинированные методики воздействия и микробиологические исследования проводились на базе совместной с ВИЛАР лаборатории биомедицинских технологий. 4.2. Уточненная оценка ОБЭ ионизирующих излучений с различными значениями ЛПЭ методом компьютерного моделирования. Проведен цикл исследований вклада вторичных частиц в относительную биологическую эффективность (ОБЭ) гамма-излучения, рентгеновского излучения и электронов. Методом Монте-Карло симулируется прохождение различных видов ионизирующих излучений различных энергий через тонкие слои биологической ткани, моделирующие условия определения относительной биологической эффективности в радиобиологических экспериментах. Моделируются спектры от излучений радиоактивных источников, спектры рентгеновского излучении, соответствующие реальным рентгеновским трубкам, наиболее часто используемым в данных экспериментах. Относительная биологическая эффективность оценивается как отношение поглощенных доз, при которых в тонком слое происходит равное количество актов ионизации. Показано, что ОБЭ частиц является функцией от их энергии и не является постоянной величиной. Показано, что отклонение ОБЭ фотонов и электронов в области энергий гигантского дипольного резонанса отличается на 3-7 %. 4.3. Разработка элементов медицинских ускорителей и аппаратов ядерной медицины. Внедрение в учебный процесс технологии 3D лучевого планирования. Разработан и внедрен в учебный процесс специальный практикум для студентов с использованием систем планирования для лучевой терапии XiO и Monaco. Первый этап обучения состоит в ознакомлении с общими принципами работы систем планирования, студенты учатся вводить соответствующие параметры и характеристики систем. Далее на основе готовых снимков пациентов, полученных с помощью компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии, имеющихся в базах данных, студенты занимаются построением конкретных планов, выполняя первостепенную задачу лучевой терапии, а именно максимально разрушить клетки опухоли при минимальном затрагивании окружающих здоровых тканей и органов и уменьшении риска серьезных осложнений. План терапии представляет собой совокупность данных, на основе которых рассчитывается доза облучения в различных точках организма. Студенты рассчитывают планы облучения с использованием специальных программ. Далее оценивается качество плана облучения с использованием гистограмм доза-объем (Dose Volume Histogram). На последнем этапе на основе анализа DVH студенты выбирают оптимальный план из созданных. Система планирования лучевой терапии XiO предназначена для создания планов пациентов, которым назначена брахитерапия или дистанционная лучевая терапия. Система поддерживает различные алгоритмы и методы расчета дозовых полей, в разнице применения которых должны разобраться студенты. Система планирования лучевой терапии Monaco объединяет в единую систему наиболее современные клинические методы, увеличивая тем самым скорость планирования и улучшая ее точность. Monaco использует алгоритм Монте-Карло. Таким образом, студенты сами могут разрабатывать и оптимизировать план облучения по реальным клиническим данным пациентов в двух различных программах, сравнивать планы между собой, выбирать оптимальный из созданных. Практикум на системах планирования направлен на закрепление теоретических знаний и освоение практических навыков, необходимых для работы на высокотехнологичном медицинском оборудовании. | ||
2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
4 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: 1) В течение 2018 г. были проведены экспериментальные исследования потоков нейтронов, возникающих при работе линейных медицинских ускорителей электронов с энергией 18 МэВ и 20 МэВ на конструкционных материалах самого ускорителя и в процедурных помещениях. Установлено, что поток нейтронов составил 7% от потока тормозных гамма-квантов для ускорителя с энергией 20 МэВ и 16% для ускорителя с энергией 18 МэВ. 2) Проводятся работы по исследованию возможности получения некоторых перспективных медицинских изотопов - Cs-131 (из естественного цезия) и Zr-89 (из естественного молибдена и ниобия) в фотоядерных реакциях с помощью ускорителей электронов. Для оценки эффективности этого способа была проведена серия облучений мишеней природного цезия, природного молибдена и ниобия на импульсном разрезном микротроне НИИЯФ МГУ с энергией электронов 55 МэВ. В эксперименте при облучении, проведенном на 0,35 г хлорида цезия, активность на момент окончания облучения в образце Cs-131 составила 12,2±1,0 мкКи. Получено экспериментальное сечение 133Cs(γ,2n)131Cs реакции равное 8 мбн. При облучении молибденовых мишеней высокоэнергетическими гамма-квантами в реакции (γ,3n) и (γ,p2n) образуются короткоживущие нуклиды 89Mo (T1/2= 2 мин) и 89Nb (T1/2= 2 часа), которые распадаются на 89Zr (T1/2= 3,3 дня). Была получена активность Zr-89 240±20 Бк. В спектре наблюдались гамма-переходы Mo-99, нарабатываемого в реакции (γ,n) на Mo-100. Было получено, что сечение реакции (γ,3n)=(1,71±0,08) 10^-2 по сравнению с (γ,n)-реакцией. 3) Выполнена оценка погрешностей ОБЭ рентгеновского излучения, связанных с определением поглощенной дозы в радиобиологических экспериментах. Показано, что в зависимости от спектрального состава рентгеновского излучения ошибки в определении поглощенной дозы могут достигать 40%—60%. Такие большие погрешности связаны с отсутствием электронного равновесия в используемой на практике геометрии облучения. Разброс значений ОБЭ, определенных по данным радиобиологических экспериментов, выполненных различными авторами, может определяться как различиями в условиях проведения экспериментов, так и ошибками в определении поглощенной дозы. Использование в той же геометрии вместо ионизационных камер дозиметров Фрике позволяет уменьшить ошибку примерно в 2 раза, до 10%-30%. 4) Был оценен вклад вторичных частиц в глубинное распределение поглощенной дозы при облучении фотонами. Показано, что несмотря на большее по сравнению с другими каналами сечение фотопротонных и фотонейтронных реакций, основной вклад среди всех продуктов дают альфа-частицы. Нижняя оценка максимума суммарного вклада всех продуктов составляет около 5% для тормозных фотонов с максимальной энергией 20–30 МэВ. 5) Было проведено моделирование капсулированных источников с Se-75 с целью их потенциального использования в брахитерапии. Согласно протоколу TG-43 рассчитаны радиальная дозовая функция g(r) и функция анизотропии F(r,θ). Se-75 в качестве радионуклида для брахитерапии закрытыми источниками обладает многими преимуществами по сравнению с широко применяемыми изотопами и может служить альтернативой иридиевым источникам. | ||
5 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
6 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
7 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
8 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
9 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
10 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: | ||
11 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Радиационные технологии. Медицинская физика |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".