Физики научились измерять дозу облучения перспективной терапии рака
- 09.11.2023
Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали и успешно испытали ряд диагностических методов и оборудования для дозиметрии в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). В отличие от других видов лучевой терапии, в БНЗТ выделяется четыре компоненты дозы облучения: борная, азотная, гамма и быстрых нейтронов. Ранее считалось, что борная и азотная доза неизмеримы, но результаты специалистов ИЯФ СО РАН показали обратное. Благодаря методам дозиметрии, которые теперь могут использоваться в источниках нейтронов для клинической практики, физики и онкологи будут уверены не только в параметрах пучка по потоку и энергетическому спектру нейтронов, но и в характеристиках пучка по компонентам дозы облучения, которую получает пациент. Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Nuclear Engineering in Nuclear Engineering.
Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) – один из перспективных высокотехнологичных методов лечения злокачественных новообразований. Он заключается в накоплении в клетках опухоли стабильного нерадиоактивного изотопа бор-10 и последующего облучения нейтронами. В результате поглощения нейтрона бором происходит ядерная реакция с выделением 84% энергии реакции именно в той клетке, которая содержала ядро бора, что приводит к ее гибели.
Строящийся источник нейтронов для «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России (г. Москва). Фото А. Сковородиной.
На сегодняшний день БНЗТ подтвердила свою эффективность и начинает активно внедряться в клиническую практику не только в Китае, Японии и Южной Корее, но и в России. Важную роль в продвижении метода сыграл ИЯФ СО РАН. Именно здесь был разработан и построен лучший по характеристикам ускорительный источник нейтронов VITA. Уникальный источник отрицательных ионов, хорошо работающая в разных режимах ускоряющая система, возможность управления пучком и его диагностики, долго работающая без изменения параметров литиевая мишень – все это сделало машину оптимальной для клинической практики. В настоящее время в ИЯФ СО РАН собирают источник нейтронов для «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России (г. Москва). Но специалисты продолжают совершенствовать и модернизировать свой экспериментальный источник нейтронов. Недавно физики разработали и внедрили диагностические методы дозиметрии, которые позволяют оценить уровень получаемых от источника полезной борной дозы и сопутствующих доз гамма-излучения, быстрых нейтронов и азотной дозы.
«Метод БНЗТ был предложен еще в 1936 году, но потребовалось почти девяносто лет, чтобы он наконец начал входить в клиническую практику, – рассказывает главный научный сотрудник доктор физико-математических наук Сергей Таскаев. – Основная причина в ее сложности – надо не только селективно доставить бор в клетки опухоли, но и получить мощный поток нейтронов определенного диапазона энергий. К решению второй задачи причастны специалисты ИЯФ СО РАН. Мы приложили значительные усилия и получили замечательный результат – наилучший пучок нейтронов для БНЗТ. Поэтому именно мы собираем источник нейтронов для онкоцентра Блохина, который будет поставлен в Москву в 2024 году для проведения клинических испытаний бор-нейтронозахватной терапии и последующего планомерного лечения».
Но на этом работа в ИЯФ СО РАН не заканчивается. Специалисты продолжают совершенствовать методику БНЗТ, эффективно используя экспериментальный источник нейтронов. Одна из актуальных задач на сегодняшний день – разработка средств дозиметрии для характеристики терапевтического смешанного нейтронно-фотонного пучка.
«В отличие от других методов лучевой терапии, например, гамма-терапии, где выделяется только гамма-излучение, которое очень давно и легко детектируется, в БНЗТ принято выделять четыре компоненты дозы облучения – борную, азотную, быстрых нейтронов и гамма-излучения, – поясняет Сергей Таскаев. – Все эти четыре дозы надо как-то регистрировать, чтобы характеризовать пучок, а в последствии и оценивать реакцию пациента на лечение. При этом считалось, что борную и азотную компоненты дозы невозможно измерить в принципе, но мы попытались, и у нас получилось. Первый существенный прогресс достигнут после разработки малогабаритного детектора нейтронов – над его созданием работало несколько команд Института. Это очень полезный инструмент. Детектор измеряет пространственное распределение борной дозы и дозы гамма-излучения в воздухе и водном фантоме с разрешением 1 мм. Сейчас мы активно используем детектор в исследовательских целях: располагаем рядом с зоной облучения при проведении экспериментальной терапии кошек и собак, таким образом контролируя характеристики пучка. Но планируем, что им будет оснащена установка в онкоцентре Блохина».
Главный научный сотрудник доктор физико-математических наук Сергей Таскаев. Фото А. Сковородиной
Также в ИЯФ СО РАН разработаны и апробированы клеточный дозиметр, мгновенная гамма-спектроскопия, монитор потока эпитепловых нейтронов. Например, клеточный дозиметр обеспечивает измерение суммы дозы быстрых нейтронов и азотной дозы с использованием культур клеток, облученных гамма-излучением и смешанным излучением. Возможности мгновенной гамма-спектроскопии в будущем можно будет использовать для измерения борной дозы в реальном времени во время терапии.
«Благодаря проделанной работе теперь мы можем полностью охарактеризовать пучок нейтронов, который получаем на установке, – добавляет Сергей Таскаев. – Мы понимаем, что, если в опухоли бор накопится в концентрации больше какой-то величины, это будет означать, что основная доза в опухоли – борная. Другая значимая доза – гамма-излучение. Обе эти дозы, дающие основной вклад, мы можем измерить в фантоме. Две другие – азотную и от быстрых нейтронов – при помощи клеточного дозиметра. Таким образом, мы получаем цельную картину, знаем, какими дополнительными вкладами характеризуется пучок, можем сказать, какую мощность дают все компоненты дозы облучения. Эти знания важны для нас, потому что мы должны быть точно уверены, какие характеристики пучка выдает установка. Но не меньше это важно и врачам при проведении терапии».