Оценка возможности верификации дозовых распределений протонов методом наведенной позитронной активности в тканях человека

Выполнена расчетная оценка возможности верификации дозовых распределений протонов методом ПЭТ-визуализации наведенной позитронной активности в тканях человека, которая образовалась в результате протонной лучевой терапии. Для сравнения дозового распределения модулированного по энергии частиц пучка протонов диаметром 10 мм с начальной энергией частиц 100 МэВ, обеспечивающего равномерное облучение мишени в 13 мм зоне (на уровне 90 % дозы облучения) в конце пробега частиц, с картой наведенной активности от радинуклидов ¹¹C, ¹³N и ¹⁵O были выполнены численные расчеты методом Монте-Карло с использованием программы моделирования Geant 4. В процессе моделирования был использован объем с размерами 50 × 50 × 100 мм, имитирующий мягкие ткани тела человека плотностью 1 г/см³, состоящий из атомов водорода (62 %), углерода (12 %), кислорода (24 %) и азота (1,1 %). Выполнен расчет сечений образования радионуклидов ¹¹C, ¹³N и ¹⁵O в реакциях ¹²C(p, pn)¹¹C, ¹⁴N(p, α)¹¹C, ¹⁶O(p, αpn)¹¹C, ¹⁴N(p, pn)¹³N, ¹⁶O(p, α)¹³N, ¹⁶O(p, pn)¹⁵O, с использованием которых выполнялись расчеты распределений позитронной активности в облучаемом объеме. Принимая во внимание малые периоды полураспада рассматриваемых радионуклидов (в первую очередь кислорода-15), были выполнены расчеты изоактивностей и глубинных распределений наработанных радиоактивностей для различных временных интервалов времени после облучения. Выполненное расчетное моделирование распределений активностей радионуклидов ¹¹C, ¹³N и ¹⁵O при прохождении модулированного пучка протонов с учетом распада наработанных радионуклидов после облучения показывают, что с помощью регистрации в течение 15 мин наведенной активности радионуклидов через 2 мин после облучения представляется возможным получение данных о соответствии запланированного и выполненного облучения новообразований при протонной терапии. Однако небольшие уровни нарабатываемой активности (при уровне 2 Гр для мелкофракционированных облучений) требуют аппаратуры с высокой эффективностью регистрации аннигиляционного излучения и высоким пространственным разрешением на уровне 1,5–2,0 мм.