Алгоритм работы электронного тракта детектора телевизионного типа и теоретические модели для описания модифицированной кривой Брэгга

Рассматриваются особенности разработки электронного тракта телевизионного канала в детекторе телевизионного типа. Отмечено, что режим бининга (сложения пикселей) является наиболее сложным в технической реализации.
Проведены расчеты по совершенствованию математической модели для вычислителя детектора телевизионного типа. Определены параметры аналитической формулы, справедливой для энергий протонов от 30 до 250 МэВ, в основе которой применена комбинация функций параболического цилиндра, согласуемая с численными методами и новыми экспериментальными данными. Приводиться список теоретических работ описывающих модифицированную кривую Брэгга.
Предлагается возможность нового подхода в описании дозного поля пика Брэгга заключающийся в применении так называемого «полного опыта», когда для экспериментально измеряемых характеристик дозного распределения составляется система уравнений, в которых измеряемые величины представляются как функции так называемых «амплитуд дозного поля», определяемых из решения системы уравнений. «Амплитуды дозного поля» зависят от координаты z в водном фантоме, где z — ось направления пучка. После определения амплитуд из системы описанных уравнений, расчетные значения применяются для быстрого предсказания измеряемых характеристик дозного распределения. Сочетание режимов работы адаптивного электронного тракта, самостоятельно, без участия оператора, проводящего эксперимент по калибровке ускорителя и определяющего экспериментально-измеряемые характеристики дозного распределения, позволяет в режиме on-line подготовить терапевтический ускоритель «Прометеус» к проведению сеанса с пациентом.

режим бининга, адаптивный электронный тракт, водный фантом, пики Брэгга, детектор телевизионного типа, аналитическое описание пика Брэгга, амплитуды дозного поля

1. Сиксин В. В. Пути совершенствования детектора ДТеТ // Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. 2018. Т. 45, № 12. C. 78—82.

2. Сиксин В. В. Измерение профилей пиков Брэгга детектором ДТеТ // Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. 2019. Т. 46, № 2. C. 47—52.

3. Хромов Л. И., Лебедев Н. В., Цыцулин А. К., Куликов А. Н. Твердотельное телевидение. Телевизионные системы с переменными параметрами на ПЗС и микропроцессорах. М.: Радио и связь, 1986. 183 с.

4. Пат. 2654838 (РФ). Способ измерения энерговыделения от ионизирующих излучений / В. В. Сиксин, 2018.

5. Международные практические рекомендации по дозиметрии, основанные на эталонах единицы поглощенной дозы в воде. При поддержке IAEA, WHO, PAHO и ESTRO // Серия технических докладов № 398. Вена: Международное агентство по Атомной энергии, 2004. URL: https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/trs398r_web.pdf

6. Официальный сайт пакета FLUKA. URL: http://www.fluka.org

7. Ferrari A., Sala P. R., Fassò A., Ranft J. FLUKA: a multi-particle transport code // CERN-2005-10(2005), INFN/TC 05/11, SLAC-R-773.

8. Гринкевич А. В., Сиксин В. В. Аналитическое представление кривой Брэгга для работы с детектором телевизионного типа на радиотерапевтическом ускорителе // Медицинская физика. 2018. № 2. С. 39—42.

9. Bortfeld T., Schlegel W. An analytical approximation of depth — dose distributions for therapeutic proton beams // Phys. Med. Biol. 1996. V. 41, N 8. P. 1331—1339. DOI: 10.1088/0031-9155/41/8/006

10. Janni J. F. Energy loss, range, path length, time-of-flight, straggling, multiple scattering, and nuclear interaction probability // Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1982. V. 27, Iss. 2–3. P. 147—339. DOI: 10.1016/0092-640X(82)90004-3

11. Черняев А. П. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. М.: Физматлит, 2004. 152 с.

12. Ломанов М. Ф. Физические аспекты применения пучков протонов с энергией 50—250 МэВ в медико-биологических исследованиях. Дисс. … д-ра физ.-мат. наук. М.: ИТЭФ, 1984. 301 c.

13. Хорошков В. C. Протонный медико-биологический пучок синхротона ИТЭФ. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. М.: ИТЭФ, 1970. 20 c.

14. Ломанов М. Ф. О возможности релятивистского возрастания биологической эффективности // Вопросы микродозиметрии. Тр. 1 Всесоюзного совещания по микродозиметрии. М.: Атомиздат, 1973. Вып. 1. С. 107—112.

15. Брилль О. Д., Вихров А. И., Городков С. С. и др. Ядерные взаимодействия в защите космических кораблей. М.: Атомиздат, 1968. 264 с.

16. Ломанов М. Ф., Резник Б. И., Шимчук Г. Г., Яковлев Р. М. В кн: Вопросы микродозиметрии / под ред. В. И. Иванова. М.: Атомиздат, 1974. Вып. 2. С. 64—67.

17. Лосев Д. В., Ломанов М. Ф., Черняев А. П. Аналитический расчет модифицированной кривой Брэгга: препринт НИИЯФ МГУ, 2003-16/729.

18. Rintaro Fujimoto, Tsuneya Kurihara, Yoshihiko Nagamine. GPU-based fast pencil beam algorithm for proton therapy // Phys. Med. Biol. 2011. V. 56, N 5. P. 1319—1328. DOI: 10.1088/0031-9155/56/5/006

19. Egashira Y., Nishio T., Hotta K., Kohno R., Uesaka M. Application of the pencil-beam redefinition algorithm in heterogeneous media for proton beam therapy // Phys. Med. Biol. 2013. V. 58, N 4. P. 1169—1184. DOI: 10.1088/0031-9155/58/4/1169

20. Апокин В. Д., Васильев А. Н., Матуленко Ю. А., Мещанин А. П., Нурушев С. Б., Сиксин В. В., Соловьянов В. Л., Соловьев Л. Ф. Спиральные амплитуды пион-нуклонного рассеяния в интервале 0,05—0,7 (ГэВ/c)2 при импульсе 40 ГэВ/c // Ядерная физика. 1983. Т. 38. С. 956.

21. Сиксин В. В. Анализ амплитуд пион-нуклонного рассеяния при импульсе 40 ГэВ/с: препринт ИФВЭ ОНФ 87-64. Протвино, 1987.