Аспирант из Сирии Абдуллах Шихада участвует в научном проекте по модернизации нейтронного терапевтического канала на базе циклотрона ТПУ. Это исследование позволит повысить эффективность нейтронной терапии при лечении злокачественных новообразований.
Напомним, нейтронная терапия — это медицинский инструмент, созданный совместно онкологами и физиками-ядерщиками. Ее можно проводить только на ускорителях заряженных частиц или ядерных реакторах, где получают и направляют пучок нейтронов в то место, где находится злокачественное новообразование. В Томске медико-биологический комплекс для проведения дистанционной нейтронной терапии был открыт в 1983 году на базе циклотрона Томского политехнического университета.
Добавим, Абдуллах Шихада учится в ТПУ с 2016 года. Он закончил магистратуру и поступил в аспирантуру Инженерной школы ядерных технологий. Его специализация — радиационная физика. Сейчас аспирант продолжает вести исследования под научным руководством заведующего научной лабораторией радиоактивных веществ и технологий Владимира Головкова.
По словам Владимира Головкова, с 80-х годов XX века лечение на медико-биологическом комплексе циклотрона ТПУ прошли более двух тысяч больных со всей Сибири и Дальнего Востока. Накопленный опыт показал, что установка имеет потенциал к улучшению своих параметров, чтобы добиться более эффективных результатов.
«Одно из направлений, которым занимается наша лаборатория, это медицинская радиология, предполагающая использование пучков нейтронов, получаемых на ускорителе заряженных частиц, для подавления роста онкологических заболеваний. В чем основное преимущество нейтронной терапии? В отличии от гамма- или электронной терапии нейтроны разрушают поврежденные ткани необратимо, то есть рецидива после проведения нейтронной терапии не бывает. Но есть и отрицательные стороны, связанные с воздействием самих нейтронов на здоровые ткани организма.
Всегда важно, чтобы положительный эффект превысил негативный, так как радиационное воздействие на здоровые ткани приводит к их повреждению. В рамках исследования Абдуллах Шихада работает над оптимизацией характеристик нейтронного пучка, которая приведет к минимизации негативных воздействий нейтронного излучения»,
— говорит Владимир Головков.
При этом физика получения нейтронов такова: циклотрон разгоняет частицы (дейтроны), они попадают на бериллиевую мишень, в которой в результате ядерной реакции освобождаются нейтроны. Из мишени они выходят своеобразным «факелом». Именно этот «факел» и необходимо сфокусировать, получить узкий пучок, направленный точно на поврежденные онкологическими заболеваниями ткани. Такой метод позволит получить дозу облучения, максимально эффективную для лечения, но более безопасную для здоровых участков.
Сейчас политехники работают над созданием системы, которая помогла бы сфокусировать нейтронный пучок буквально до одного сантиметра в диаметре. Для достижения такого результата необходимо провести тщательные расчеты, учитывающие все важные факторы: распределение дозы, полученной тканями с учетом радиобиологической эффективности, геометрические условия, виды источников, энергетическое, угловое распределение и так далее. Именно этой работой и занят Абдулахх Шихада.
«В своей работе я использую моделирование движения каждого нейтрона методом Монте-Карло — это универсальный инструмент для расчета характеристик нейтронных потоков. Это математический метод случайных чисел, позволяющий смоделировать то, какое взаимодействие будет испытывать частица, под каким углом она рассеется, какая у нее будет длина до следующей точки взаимодействия. Такой метод используется в физике переноса частиц и позволяет достаточно точно смоделировать движение частиц.
Для моделирования используется специальная программа, в которую вносятся данные. И в некоторых вариантах расчетов уже получилось, что можно повысить эффективность использования нейтронов на несколько десятков процентов», — говорит аспирант.
Отметим, проверить точность расчетов политехники планируют экспериментальным путем. Практическая часть исследования будет проводиться ближе к лету 2019 года. Для этого ученые планируют внести изменения в существующую конструкцию медико-биологического комплекса для проведения дистанционной нейтронной терапии. А именно — использовать другие материалы для фокусировки пучка.
«Существующая технология использует широкий горизонтальный пучок, на направление которого мы повлиять фактически не можем. Но с помощью подбора материалов коллиматора — устройства, обеспечивающего формирование потоков нейтронов в соответствии с медицинскими требованиями, мы сможем сфокусировать рассеянные нейтроны в узкий пучок. Узкий пучок позволяет в принципе перейти к более щадящей методике облучения опухоли с разных направлений.
Сейчас коллиматоры делают, в основном, из полиэтилена. Мы планируем использовать несколько разных материалов: водородсодержащие полимеры типа полиэтилена, материалы из элементов среднего атомного веса, например, железо, а также, к примеру, свинец или висмут. Эксперименты будут вестись на циклотроне. И здесь задача будет заключаться в том, чтобы по максимуму использовать нейтроны, выходящие из источника, и сфокусировать их так, чтобы обеспечить максимальный терапевтический эффект», — подчеркивают ученые.