Инфоурок / Физика / Научные работы / Исследовательская работа на тему "Бор нейтронзахватная терапия"

Исследовательская работа на тему "Бор нейтронзахватная терапия"



Московские документы для аттестации!

124 курса профессиональной переподготовки от 4 795 руб.
274 курса повышения квалификации от 1 225 руб.

Для выбора курса воспользуйтесь поиском на сайте KURSY.ORG


Вы получите официальный Диплом или Удостоверение установленного образца в соответствии с требованиями государства (образовательная Лицензия № 038767 выдана ООО "Столичный учебный центр" Департаментом образования города МОСКВА).

ДИПЛОМ от Столичного учебного центра: KURSY.ORG


Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ БНЗТ.docx

библиотека
материалов

Третья научная конференция

учащихся инженерных и специализированных классов

«Развитие инженерной мысли: от прошлого в будущее»



Секция: «Разработки сибирских инженеров»


Тема: «Бор нейтронзахватная терапия»



Выполнил: Танаков Е.В., группа 9ДРЭТ-42 ГБОУ НСО «Бердский электромеханический колледж» г.Бердск


Руководитель: Лисовая Н.Е., преподаватель высшей категории ГБОУ НСО «Бердский электромеханический колледж» г.Бердск


Консультант: Касатов Д.А., м.н.с. Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН г.Новосибирск








г.Бердск

2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ


Введение……..…………………………………………………………………………...

3

1 История развития БНЗТ………………………………………………………………..

4

2 Сущность метода бор нейтронзахватной терапии…………………………………..

6

3 Источники нейтронов для БНЗТ………………………………………………………

7

4 Предполагаемый ускорительный источник для БЗНТ в клинике………………….

9

5 Перспективы проведения БНЗТ……………………………………………………….

11

6 Нетрафаретность научных экспериментов ИЯФ…………………………………….

14

Заключение……………………………………………………………………………….

15

Список использованных источников и литературы…………………………………...


16
















Введение


По данным Всемирной организации здравоохранения онкологическая заболеваемость неуклонно растёт и приводит к значительной смертности. Разработка лекарств и методов лечения злокачественных опухолей является важной и до сих пор не до конца решённой научной задачей. В качестве перспективного подхода в лечении ряда злокачественных опухолей, в первую очередь, трудноизлечимых опухолей головного мозга, рассматривается бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ), чрезвычайно привлекательная избирательным воздействием непосредственно на клетки злокачественных опухолей. БНЗТ является формой бинарной радиотерапии, использующей уникально высокую способность нерадиоактивного ядра бор-10 поглощать тепловой нейтрон. Поглощение нейтрона ядром 10B приводит к мгновенной ядерной реакции с большим выделением энергии, причем с бльшим выделением именно в той клетке, которая содержала ядро бора. Таким образом, селективное накопление бора-10 внутри клеток опухоли и последующее облучение нейтронами должны приводить к разрушению клеток опухоли с относительно малыми повреждениями окружающих здоровых клеток.

Клинические испытания методики БНЗТ, проведённые на ядерных реакторах, продемонстрировали её применимость для лечения целого ряда злокачественных опухолей, таких как глиобластома, меланома, менингиома, мезотелиома плевры, гепатоцеллюлярная карцинома и др. Несмотря на положительные клинические результаты, проведение терапии практически на всех ядерных реакторах прекращено в силу разных причин, зачастую политических и экономических. Дальнейшее развитие методики БНЗТ видится только с применением ускорителей заряженных частиц для получения пучков нейтронов, отличающихся высокой плотностью потока (109 см–2 с–1) и спектром (максимум в районе 10 кэВ, минимум тепловых и быстрых нейтронов).

Целью данной работы является изучение возможности разработки ускорительного источника эпитепловых нейтронов, который отличался бы компактностью, безопасностью и требуемым качеством терапевтического нейтронного пучка и был бы востребован онкологическими клиниками для проведения БНЗТ.





1 История развития БНЗТ


Нейтронная терапия в последние годы привлекает все возрастающее внимание благодаря высокой биологической эффективности нейтронов при взаимодействии с клетками злокачественных образований. Она реализуется в двух вариантах: нейтронозахватная терапия (НЗТ) и терапия быстрыми нейтронами (ТБН). Особенно перспективной представляется бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ), поскольку в настоящее время синтезированы содержащие изотоп 10B фармпрепараты, которые после введения в кровь пациента создают концентрацию изотопа 10B в опухолевой ткани в 3 раза большую, чем в здоровой ткани, что обеспечивает возможность избирательного поражения раковой опухоли.

Выделяются четыре периода развития методики БНЗТ.

Первый период связан с ранними клиническими испытаниями, проведенными в США с 1951 но 1961 гг. на ядерных реакторах в Брукхевене и и Массачусетском технологическом институте. Эти испытания не продемонстрировали терапевтическую эффективность метода. Причина заключалась в слабой селективности и низкой концентрации бора, из-за чего "фоновое" облучение протонами отдачи и γ-квантами в результате реакций было достаточно велико.

Второй период определили пионерские работы Хатанаки с сотрудниками, проведённые в Японии с 1968 по конец 80-х голов. Хатанака стал применять внутриартериальную инжекцию боркаптата натрия, проводить открытое облучение опухоли после хирургии и добился впечатляющих результатов - 5-летняя выживаемость составила 58% . В 1987 г. Мишима осуществил лечение поверхностной злокачественной меланомы.

Эти результаты дали толчок третьему периоду развития нейтронозахватной терапии - клиническим испытаниям глубинных внутримозговых опухолей с применением пучков эпитепловых нейтронов от ядерных реакторов. Терапия пациентов была проведена в Брукхевене и Кембридже в США, в Голландии, Финляндии, Швеции, Чехии, Японии, Аргентине и Тайване.

Несмотря на предпринятые усилия и научный прогресс, внутренние проблемы привели к серьёзному кризису. До сих пор только ядерные реакторы способны были производить требуемые пучки эпитепловых нейтронов. Однако функционирование этих установок сильно зависит от политической поддержки, и в силу разных причин все они прервали проведение терапии, за исключением Университета Тсинг Хуа (Тайвань) и атомного центра Барилоче (Аргентина). Все закрытия были обусловлены только политическими и экономическими причинами, а никак не клиническими результатами.

В настоящее время исследования по БНЗТ неизбежно переходят в следующий период, связанный с использованием ускорителей заряженных частиц для получения пучков эпитепловых нейтронов. Сауервейн в заключении вводной статьи книги «Нейтронозахватная терапия. Принципы и применения» подчеркивает: “Ключевой фактор для успеха БПЗТ в первую очередь заключается в коллаборации между различными дисциплинами, от ядерной физики до хирургии, от химии до радиационной онкологии, от математики до радиобиологии. ... Второй важный аспект состоит в наличии надежного источника нейтронов, размещаемого в клинике. До тех пор, пока технические проблемы не будут решены, не будет реального прогресса в БНЗТ Аспект лекарственных препаратов, который раньше часто казался узким местом БНЗТ, менее важен. Два препарата, которые уже использован иск в клинических испытаниях, а именно. BSH и ВРА, обеспечивают очень хороший градиент бора между некоторыми опухолями и окружающими нормальными клетками, чтобы планировать и продолжать клинические испытания" [7].























2 Сущность метода бор нейтронзахватной терапии


Концепция нейтронозахватной терапии была предложена Г. Лочером в 1936 году, спустя 4 года после открытия нейтрона, однако является особенно актуальным сегодня, поскольку развитие нанотехнологий может существенным образом улучшить его эффективность.

Её физический принцип прост и элегантен. Раствор, содержащий стабильный изотоп бор-10, вводится в кровь человека и через некоторое время бор сорбируется в клетках. Затем опухоль облучается потоком нейтронов. В результате захвата теплового нейтрона стабильным изотопом 10В происходит ядерная реакция и образуются энергетичные α-частица(ядро гелия), ион 7Li и в 94 % случаев γ-квант. Образующиеся α-частица и ион 7Li быстро тормозятся и выделяют энергию 2,3 МэВ на длине порядка 10 микрон, т.е. на длине размера клетки. Так как энергия γ-квантов составляет не более 17 % всей выделяющейся энергии, основное лечебное воздействие оказывают α-частицы и ядра 7Li. И те, и другие обладают преимуществом: длина их пробега сопоставима с размером клетки, - поэтому здоровые клетки, не содержащие атомы бора, не разрушаются. Атомы бора имеют сечение захвата тепловых нейтронов на 4-7 порядков выше, чем атомы углерода, водорода, кислорода, азота, входящие в состав биомолекул, из которых построены все клетки. Такое быстрое торможение и, соответственно, громадный локальный нагрев приводит к поражению именно той клетки, которая содержала ядро бора. Поэтому губительное для тканей вторичное излучение не будет оказывать на клетки, не содержащие бор разрушающего действия.

Таким образом, если обеспечить более высокую концентрацию 10В в раковой клетке по сравнению со здоровой, то бор нейтронзахватная терапия позволит осуществить избирательное поражение раковой опухоли [5].












3 Источники нейтронов для БНЗТ


Прогресс бор-нейтронозахватной терапии в клинических испытаниях на реакторах и потенциальная востребованность методики привели к интенсивному обсуждению вопроса разработки и создания нейтронного источника на основе компактного и недорогого ускорителя, которым можно было бы оснастить практически каждую онкологическую клинику.

За прошедшие 20 лет было предложено множество проектов ускорительных источников нейтронов, но из-за сложности задачи совсем небольшое количество из них может быть в ближайшее время реализовано.

Были предложены несколько ускорительных систем, отвечающие основным требованиям нейтронозахватной терапии: электростатические квадрупольные (ESQ), тандемные каскадные (TCA) и высокочастотные квадрупольные (RFQ). Недостатком ESQ систем, о чем свидетельствует многолетний опыт обслуживания, является расположение источника положительных ионов водорода под потенциалом 2,5 МВ. TCA системы обладают несомненным преимуществом в том, что ионный источник расположен под земляным потенциалом и требуется в два раза меньшее напряжение. Однако ионная оптика и конструкция ускорительной трубки, обеспечивающая требуемую скорость откачки и высоковольтную прочность, ограничивают прохождение стационарного пучка 1 или 2 мА. Наиболее привлекательным из ранее проверенных ускорителей является RFQ. RFQ система проста в работе, имеет невысокие эксплуатационные расходы и ионный источник располагается под земляным потенциалом. Однако она очень дорогостоящая, и наибольший ток, полученный к настоящему времени, составляет только несколько миллиампер.

Установлено, что оптимальными для БНЗТ являются нейтроны в энергетическом уровне от 0,1 до 10 КэВ, так называемые эпитепловые нейтроны, поскольку их KERMA (Kinetic Energy Release in Materials) фактор и тем самым непосредственное повреждение тканей является меньшим, чем для тепловых и быстрых нейтронов. В то же время вероятность их захвата изотопом бора-10 является очень высокой (так называемое сечение захвата достигает почти 4000 барн) и поэтому в результате происходящей реакции количество образовавшихся ядер 4Не и 7Li, непосредственно разрушающих опухолевые клетки, является также высоким. Эпитепловые нейтроны свободно проходят через кожный покров и кости черепа, оболочки мозга и проникают в мозговое вещество непосредственно к опухоли. Чтобы инициировать реакцию “захватной терапии” эпитепловые нейтроны должны достичь места расположения опухоли. Но только те клетки, которые накопили достаточное количество 10В, вступают в реакцию, разрушительную для них. Эпитепловые нейтроны имеют меньшую вероятность захвата в нормальных тканях, что обеспечивает снижение дозовой нагрузки на кожу, а замедляясь в тканях головы — дают увеличение пика облучения непосредственно в месте расположения опухоли [4].

Наиболее приемлемым является использование низкоэнергетических протонных ускорителей, которые применяются в медицинской практике дня проведения лучевой терапии. Современные технологии позволяют проектировать компактные ускорители. Для широкого внедрения методики в клиническую практику необходимы компактные и недорогие источники эпитепловых нейтронов на основе ускорителя.

Необходим был новый подход в ускорительной концепции для получения требуемого спектра и потока эпитепловых нейтронов в относительно компактной и недорогой системе.

























4 Предполагаемый ускорительный источник для БЗНТ в клинике


На базе Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук проводятся исследования генерации протонного, нейтронного и гамма-излучений для решения различных научно-технических задач. Одной из таких задач является создание оборудования и приборов для медицинских приложений на базе ускорительных и детекторных разработок Института. Важным направлением являются испытания на "Протонном ускорителе Тандем-БНЗТ", который в настоящее время является единственным работающим прототипом ускорительного источника нейтронов для лечения онкологических заболеваний, специально сконструированным для размещения в клинике.

Новаторский подход в концепции нейтронного источника, предложенный ИЯФ СО РАН в 1998 году, базируется на использовании электростатического тандемного ускорителя с вакуумной изоляцией VITA (vacuum insulation tandem accelerator) и припорогового режима генерации нейтронов. Стационарный пучок отрицательных ионов водорода инжектируется в электростатический ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией и после перезарядки отрицательных ионов водорода в протоны в перезарядной мишени на выходе из тандема формируется протонный пучок, ускоренный до энергии, соответствующей удвоенному потенциалу высоковольтного электрода. При сбросе протонного пучка на литиевую мишень в результате пороговой реакции 7Li(p,n)7Be генерируется поток нейтронов. Наиболее привлекательный новаторский режим генерации нейтронов реализуется при энергии протонов 1,889-1,9 МэВ, что на 10-20 кэВ выше порога реакции. В этом случае кинематически коллимированный вперед в конусе с углом ~25° нейтронный пучок со средней энергией 30 кэВ может быть прямо использован для БНЗТ. Во втором режиме при энергии протонов 2,5 МэВ образующиеся нейтроны имеют более сложный и широкий спектр вплоть до энергии 790 кэВ и могут быть непосредственно использованы для терапии быстрыми нейтронами или для БНЗТ с помощью замедлителей, коллиматоров и отражателей. Отличительной особенностью всего проекта являются получение протонного пучка током в десятки миллиампер, обеспечивающего время экспозиции в десятки минут для достижения необходимой терапевтической дозы 20 Гр [3].

Пучок отрицательных ионов водорода инжектируется в электростатический ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией и после перезарядки отрицательного иона водорода в протон в перезарядной мишени на выходе из тандема формируется протонный пучок, ускоренный до удвоенного напряжения высоковольтного электрода. В результате реакции 7Li(p,n)7Be при сбросе интенсивного протонного пучка на литиевую мишень генерируется поток нейтронов.

В обычном, cтандартном, рассматриваемом режиме работы при энергии протонов 2,5 МэВ образующиеся нейтроны имеют широкий спектр энергий с максимумом при 790 кэВ. Пригодный для БНЗТ нейтронный пучок формируется помощью замедлителей, коллиматоров и отражателей. Пациент обычно размещается на расстоянии не менее 0,5 метра от мишени после защиты.

Наиболее привлекательный режим работы комплекса реализуется при энергии протонов 1,915 МэВ (на 34 кэВ выше порога реакции), когда благодаря кинематической коллимации пучок нейтронов имеет хорошую направленность вперёд и необходимый для БНЗТ спектр со средней энергией 30 кэВ. Из-за очень быстрого роста сечения вблизи порога, что является особенностью этой реакции, и из-за ярко выраженной направленности вперед поток вперед прямоиспользуемых эпитепловых нейтронов всего на порядок меньше потока нейтронов вперед, рожденных при энергии протонов 2,5 МэВ и имеющих широкий спектр энергий. В этом режиме возможно размещение пациента на расстоянии 10 см от мишени, что значительно повышает плотность потока нейтронов или снижает требование на ток.

Проанализирован имеющийся мировой опыт применения различных типов ускорителей в качестве источников нейтронов для дистанционной радиотерапии быстрыми нейтронами. Поскольку для терапии быстрыми нейтронами оптимальными являются нейтроны с энергиями от 0,5 до 1,5 МэВ, то оптимальный источник нейтронов реализуется сбросом 1 мА 2 МэВ дейтериевого пучка на бериллиевую мишень. Создание такого источника представляется более простым, чем для БНЗТ.

Вся установка размещается в двухэтажном здании в четырех отделенных друг от друга помещениях. В одном из помещений первого этажа располагается высоковольтный источник напряжения и основные мощные источники питания. Через отверстие в потолке этого помещения над высоковольтным выпрямителем смонтирован собственно ускоритель-тандем, так что основная его часть - вакуумный бак с проходным изолятором, потенциальными электродами и перезарядной мишенью - находятся на втором этаже. В помещении второго этажа ось инжектируемого и ускоренного пучка проходит на высоте порядка 1 м от пола. С одной стороны ускорителя располагается источник отрицательных ионов водорода с дифференциальной вакуумной откачкой и оптической системой транспортировки пучка для инжекции в ускоритель. После перезарядки ускоренный до удвоенной энергии пучок (E = 2,5 МэВ) выходит с противоположной стороны тандема и системой параллельного переноса смещается в транспортный канал. Система параллельного переноса осуществляет сепарацию интенсивного протонного пучка и слаботочного пучка нейтралов, который может использоваться как для контроля эффективности перезарядной мишени, так и для прецизионного измерения (после дополнительной обдирки) энергии пучка с использованием специального поворотного магнита.

Транспортный канал направляет протонный пучок в два медицинских помещения (III, IV), расположенных на первом и втором этажах, где осуществляется генерация терапевтических нейтронных пучков в результате сброса протонного пучка на нейтронообразующую мишень.





























5 Перспективы проведения БНЗТ


Наилучшее качество терапевтических нейтронов может быть получено с ортогональной системой формирования пучка при энергии протонного пучка 2,3 - 2,5 МэВ.

Такой режим может быть реализован на действующей установке после проведения следующих мероприятий:

  1. развития поверхности стеклянных колец вакуумной части проходного изолятора для поднятия напряжения ускорителя до 1,25 МВ;

  2. замены источника отрицательных ионов водорода на новый с большим током;

  3. модернизации обдирочной мишени для подавления потоков ускоренных ионов обдирочного газа и ультрафиолета в ускорительном канале;

  4. изготовления и установки новой нейтроногенернрующей мишени и системы формирования пучка нейтронов.

Необходимость изготовления новой нейтроногенернрующей мишени связана с двумя обстоятельствами. Во-первых, следует отказаться от ряда конструкционных материалов, активирующихся под действием нейтронов. В частности, происходит заметная активация нержавеющей стали, преимущественно из-за поглощения нейтронов марганцем. Во-вторых, система напыления лития установлена в непосредственной близости от мишени и мешает размещению оптимальной системы формирования пучка.

Новая мишень и новая система напыления лития уже изготовлены. Мишень сделана из медного приёмника пучка, к которому со стороны охлаждающих каналов припаян медный диск. Ввод охлаждающей воды осуществляется по двум спиралевидным каналам от периферии к центру, а отвод - по двум другим каналам от центра к периферии. Такое изменение повлекло за собой необходимость использования дополнительного насоса для поднятия давления охлаждающей жидкости. Мишень вставляется в алюминиевый держатель и удерживается в нём. К алюминиевому держателю примыкает титановая труба внутренним диаметром 10 см и высотой 50 см. Другой торец трубы заканчивается шибером. Таким образом, мишенный узел включает в себя шибер, титановую трубу, алюминиевый держатель и медную мишень. Предполагается, что для напыления литиевого слоя такой мишенный узел отстыковывается от установки и переносится на отдельно стоящий стенд напыления, откуда после напыления переносится обратно. Стенд напыления лития для такого мишенного узла изготовлен, и напыление литиевого слоя было успешно осуществлено. Проведение вышеуказанных мероприятий позволит осуществить in vivo исследования и, возможно, БНЗТ больных.

С другой стороны, наиболее предпочтительным вариантом проведения БНЗТ представляется создание новой установки для онкологической клиники. Принципиальных изменений от первоначального варианта источника нейтронов два. Первое состоит в том, что следует применить систему ортогонального формирования пучка нейтронов с возможностью вращения и расположить её в непосредственной близости к ускорителю.

Второе изменение направлено на существенное уменьшение высоты установки. В первоначальном варианте ускоритель установлен на достаточно габаритный высоковольтный источник питания и соединён через проходной изолятор высотой 2 м. Использование современной элементной базы (лавинные высоковольтные диоды RVF30, конденсаторы FHV12AN) и переход на более высокую частоту (20 кГц вместо 400 Гц) позволяет сделать источник высоковольтного питания существенно меньшим. Предложение состоит в интегрировании источника питания внутрь ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией. Фактически, источник питания вставляется внутрь верхней части проходного изолятора. Возможность непосредственного соединения ряда секций выпрямителя с электродами ускорителя позволяет отказаться от омического делителя напряжения, с помощью которого ранее задавался потенциал на электродах. Поскольку корпусом источника питания будет не заземлённый металлический бак, а изолятор с распределённым потенциалом, то значительно улучшается высоковольтная прочность выпрямителя и могут быть уменьшены зазоры или давление изолирующего газа. Высоковольтный электрод выпрямителя будет расположен рядом с высоковольтным электродом ускорителя, и отпадает необходимость в проходном изоляторе. Помимо уменьшения габаритов установки, данное изменение влечёт уменьшение количества деталей и увеличение надежности.












6 Нетрафаретность научных экспериментов ИЯФ


Научная новизна работы заключается в том, что впервые экспериментально исследован источник эпитепловых нейтронов на основе ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией и литиевой нейтроногенерирующей мишени.

Впервые на ускорителе-тандеме с вакуумной изоляцией получен и изучен протонный пучок энергией 2 МэВ с током 1,6 мА.

Впервые выявлен и изучен поток заряженных частиц, сопутствующий ионному пучку, и предложено решение по его уменьшению.

Определена концепция нейтроногенерирующей мишени, оптимальной для БНЗТ, и решены основные проблемы её реализации.

Впервые предложен и реализован метод определения толщины слоя лития по измерению электрической проводимости дистиллированной воды, в которую помещают свидетели с напылённым литием, находящиеся в процессе напыления в хорошем тепловом контакте с подложкой мишени.

Впервые предложен, оптимизирован и введён в эксплуатацию защитный заглублённый контейнер для выдержки и временного хранения активированных мишеней, выполненный в виде погруженного в грунт длинного стального стакана со свинцовой крышкой.

Впервые предложена система формирования пучка с MgF2, Al и Ti фильтрами, позволяющая получить приемлемое качество нейтронного пучка для БНЗТ в режиме припороговой генерации нейтронов в реакции 7Li(p,n)7Be.

Впервые предложена система формирования ортогонального нейтронного пучка, позволяющая направлять пучок под любым углом и проводить облучение пациента с разных сторон.

Впервые предложен и запатентован способ получения пучка моноэнергетических нейтронов, использующий однозначную зависимость энергии нейтронов от угла их испускания из тонкого литиевого слоя в результате реакции 7Li(p,n)7Be [6].








Заключение


Изучением БНЗТ занимаются в Финляндии, Аргентине, Японии и т.д., но ускоритель института ядерной физики — пока единственный в мире, способный генерировать миллиард нейтронов в секунду — столько нужно, чтобы уничтожить опухоль. Проведенные клинические испытания на реакторах показали, что БНЗТ позволяет лечить глиобластомы мозга и метастазы мелономы.

В декабре ученые проводили испытания на 30 мышах из вивария — лысых альбиносах с иммунодефицитом. Биологи привили мышам опухолевые клетки человека, а после того как клетки размножились и образовали опухоли, физики облучили их на ускорителе с разной дозой борсодержащего препарата и количеством нейтронов. В итоге необлученные мыши к концу января погибли. Из числа облученных выжила треть: мышей облучили с разной дозой препарата и сейчас анализируют, какая оптимальна для лечения.

В конце февраля 2016 года новосибирские ученые объявили о том, что впервые испытывают на человеческих раковых клетках уникальный ускоритель нейтронов для уничтожения неизлечимых опухолей с помощью бор-нейтронозахватной терапии. Институт ядерной физики СО РАН пригласил на серию экспериментов с имитатором человеческого мозга японских ученых, чтобы вместе изучить действие миллиарда нейтронов на глиому головного мозга [3].

Возможность проведения терапии реальна!















Список использованных источников и литературы




  1. http://altermedicina.com

  2. http://gidmed.com

  3. http://news.ngs.ru/

  4. http://nuclphys.sinp.msu.ru

  5. http://www.dslib.net

  6. http://www.inp.nsk.su

  7. Нейтронозахватная терапия. Принципы и применения, В. Сауервейн, А. Виттинг, Р.Мосс, Ю. Накагава, Спрингер, (2012), 553 с.

16

Выбранный для просмотра документ Бор нейтронзахватная.pptx

библиотека
материалов
Бор нейтронзахватная терапия Выполнил: Танаков Евгений Руководитель: Лисовая...
БНЗТ
БНЗТ Тандем на энергию протонов 2.5 МэВ в ИЯФ им. ГИ. Будкера СО РАН
БНЗТ 10В n 10В +n 7Li α-частица γ-квант Образование Захват нейтрона изотопом...
БНЗТ Взаимодействие нейтрона с изотопом бора
БНЗТ Схема реакции 10В(n,α)7Li.
БНЗТ
БНЗТ Схема источника нейтронов на основе ускорителя-тандема с вакуумной изоля...
БНЗТ Нейтронообразующая литиевая мишень
БНЗТ
БНЗТ
БНЗТ
БНЗТ Дизайн источника нейтронов для БНЗТ: 1 - источник Н-. 2 - ускоритель, 3...
 СПАСИБО! БЭМК LOGO
14 1

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 Бор нейтронзахватная терапия Выполнил: Танаков Евгений Руководитель: Лисовая
Описание слайда:

Бор нейтронзахватная терапия Выполнил: Танаков Евгений Руководитель: Лисовая Н.Е. Консультант: Касатов Д.А. БЭМК LOGO

№ слайда 2 БНЗТ
Описание слайда:

БНЗТ

№ слайда 3 БНЗТ Тандем на энергию протонов 2.5 МэВ в ИЯФ им. ГИ. Будкера СО РАН
Описание слайда:

БНЗТ Тандем на энергию протонов 2.5 МэВ в ИЯФ им. ГИ. Будкера СО РАН

№ слайда 4 БНЗТ 10В n 10В +n 7Li α-частица γ-квант Образование Захват нейтрона изотопом
Описание слайда:

БНЗТ 10В n 10В +n 7Li α-частица γ-квант Образование Захват нейтрона изотопом 10В Облучение Вводится в кровь, накапливается в клетках

№ слайда 5 БНЗТ Взаимодействие нейтрона с изотопом бора
Описание слайда:

БНЗТ Взаимодействие нейтрона с изотопом бора

№ слайда 6 БНЗТ Схема реакции 10В(n,α)7Li.
Описание слайда:

БНЗТ Схема реакции 10В(n,α)7Li.

№ слайда 7 БНЗТ
Описание слайда:

БНЗТ

№ слайда 8 БНЗТ Схема источника нейтронов на основе ускорителя-тандема с вакуумной изоля
Описание слайда:

БНЗТ Схема источника нейтронов на основе ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией

№ слайда 9 БНЗТ Нейтронообразующая литиевая мишень
Описание слайда:

БНЗТ Нейтронообразующая литиевая мишень

№ слайда 10 БНЗТ
Описание слайда:

БНЗТ

№ слайда 11 БНЗТ
Описание слайда:

БНЗТ

№ слайда 12 БНЗТ
Описание слайда:

БНЗТ

№ слайда 13 БНЗТ Дизайн источника нейтронов для БНЗТ: 1 - источник Н-. 2 - ускоритель, 3
Описание слайда:

БНЗТ Дизайн источника нейтронов для БНЗТ: 1 - источник Н-. 2 - ускоритель, 3 - промежуточные электроды, 4 - высоковольтный электрод, 5 - обдирочная мишень, 6 - СФП, 7 - изолятор, 8 - источник высокого напряжения.

№ слайда 14  СПАСИБО! БЭМК LOGO
Описание слайда:

СПАСИБО! БЭМК LOGO

Выбранный для просмотра документ тезисы.docx

библиотека
материалов

СЛАЙД 1

СЛАЙД2 На базе Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук проводятся исследования генерации протонного, нейтронного и гамма-излучений для решения различных научно-технических задач. Одной из таких задач является создание оборудования и приборов для медицинских приложений на базе ускорительных и детекторных разработок Института.

СЛАЙД3 Важным направлением являются испытания на "Протонном ускорителе Тандем-БНЗТ", который в настоящее время является единственным работающим прототипом ускорительного источника нейтронов для лечения онкологических заболеваний, специально сконструированным для размещения в клинике.

СЛАЙД 4 Концепция нейтронозахватной терапии была предложена Г. Лочером в 1936 году, спустя 4 года после открытия нейтрона. Её физический принцип прост и элегантен. Раствор, содержащий стабильный изотоп бор-10, вводится в кровь человека и через некоторое время бор сорбируется в клетках. Затем опухоль облучается потоком нейтронов.

СЛАЙД 5В результате захвата теплового нейтрона стабильным изотопом 10В происходит ядерная реакция и образуются энергетичные α-частица, ион 7Li и в 94 % случаев γ -квант.

СЛАЙД 6 Образующиеся a-частица и ион 7Li быстро тормозятся и выделяют энергию 2,3 МэВ на длине порядка 10 микрон, т.е. на длине размера клетки. Такое быстрое торможение и, соответственно, громадный локальный нагрев приводит к поражению именно той клетки, которая содержала ядро бора. Таким образом, если обеспечить более высокую концентрацию 10В в раковой клетке по сравнению со здоровой, то бор нейтронзахватная терапия позволит осуществить избирательное поражение раковой опухоли.

СЛАЙД 7 По отдельности, и медленные нейтроны, и 10В-атомы - безвредны. При соединении вместе они дают реакцию, смертельную для клеток опухоли.

Прогресс бор-нейтронозахватной терапии в клинических испытаниях на реакторах и потенциальная востребованность методики привели к интенсивному обсуждению вопроса разработки и создания нейтронного источника на основе компактного и недорогого ускорителя, которым можно было бы оснастить практически каждую онкологическую клинику.

Новаторский подход в концепции нейтронного источника, предложенный Институтом ядерной физики в 1998 году, базируется на использовании электростатического тандемного ускорителя с вакуумной изоляцией VITA и припорогового режима генерации нейтронов. Отличительной особенностью всего проекта являются получение протонного пучка током в десятки миллиампер, обеспечивающего время экспозиции в десятки минут для достижения необходимой терапевтической дозы 20 Гр.

СЛАЙД8 Пучок отрицательных ионов водорода инжектируется в электростатический ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией и после перезарядки отрицательного иона водорода в протон в перезарядной мишени на выходе из тандема формируется протонный пучок, ускоренный до удвоенного напряжения высоковольтного электрода.

СЛАЙД 9 В результате реакции при сбросе интенсивного протонного пучка на литиевую мишень генерируется поток нейтронов.

Пригодный для БНЗТ нейтронный пучок формируется помощью замедлителей, коллиматоров и отражателей. Пациент обычно размещается на расстоянии не менее 0,5 метра от мишени после защиты.

Наиболее привлекательный режим работы комплекса реализуется при энергии протонов 1,915 МэВ, когда благодаря кинематической коллимации пучок нейтронов имеет хорошую направленность вперёд и необходимый для БНЗТ спектр со средней энергией 30 кэВ. В этом режиме возможно размещение пациента на расстоянии 10 см от мишени, что значительно повышает плотность потока нейтронов или снижает требование на ток.

СЛАЙД10-1 Вся установка размещается в двухэтажном здании в четырех отделенных друг от друга помещениях. В одном из помещений первого этажа располагается высоковольтный источник напряжения и основные мощные источники питания. Через отверстие в потолке этого помещения над высоковольтным выпрямителем смонтирован собственно ускоритель-тандем,

СЛАЙД10-2 так что основная его часть - вакуумный бак с проходным изолятором, потенциальными электродами и перезарядной мишенью - находятся на втором этаже. В помещении второго этажа ось инжектируемого и ускоренного пучка проходит на высоте порядка 1 м от пола. С одной стороны ускорителя располагается источник отрицательных ионов водорода с дифференциальной вакуумной откачкой и оптической системой транспортировки пучка для инжекции в ускоритель.

СЛАЙД10-3 После перезарядки ускоренный до удвоенной энергии пучок (E = 2,5 МэВ) выходит с противоположной стороны тандема и системой параллельного переноса смещается в транспортный канал.

СЛАЙД10-4 Система параллельного переноса осуществляет сепарацию интенсивного протонного пучка и слаботочного пучка нейтралов, который может использоваться как для контроля эффективности перезарядной мишени, так и для прецизионного измерения (после дополнительной обдирки) энергии пучка с использованием специального поворотного магнита.

Транспортный канал направляет протонный пучок в два медицинских помещения (III, IV), расположенных на первом и втором этажах, где осуществляется генерация терапевтических нейтронных пучков в результате сброса протонного пучка на нейтронообразующую мишень.

СЛАЙД11-1 Проведенные клинические испытания на реакторах показали, что БНЗТ позволяет лечить глиобластомы мозга и метастазы мелономы.

В декабре 2015 года ученые проводили испытания на 30 мышах из вивария — лысых альбиносах с иммунодефицитом.

СЛАЙД11-2 Биологи привили мышам опухолевые клетки человека, а после того как клетки размножились и образовали опухоли, физики облучили их на ускорителе с разной дозой борсодержащего препарата и количеством нейтронов. В итоге необлученные мыши к концу января погибли. Из числа облученных выжила треть: мышей облучили с разной дозой препарата и сейчас анализируют, какая оптимальна для лечения.

СЛАЙД12-1 В конце февраля 2016 года новосибирские ученые объявили о том, что впервые испытывают на человеческих раковых клетках уникальный ускоритель нейтронов для уничтожения неизлечимых опухолей с помощью бор-нейтронозахватной терапии.

СЛАЙД12-2 Институт ядерной физики СО РАН пригласил на серию экспериментов с имитатором человеческого мозга японских ученых, чтобы вместе изучить действие миллиарда нейтронов на глиому головного мозга.

Для широкого внедрения методики в клиническую практику необходимы компактные и недорогие источники эпитепловых нейтронов на основе ускорителя. СЛАЙД13 Перед вами дизайн источника нейтронов для БНЗТ, над созданием которого в настоящее время работают в ИЯФ.

Изучением БНЗТ занимаются в Финляндии, Аргентине, Японии и т.д., но ускоритель института ядерной физики — пока единственный в мире, способный генерировать миллиард нейтронов в секунду — столько нужно, чтобы уничтожить опухоль.

СЛАЙД14 Возможность проведения терапии реальна!



Очень низкие цены на курсы переподготовки от Московского учебного центра для педагогов

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 65% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: KURSY.ORG


Общая информация

Номер материала: ДБ-007715

Похожие материалы

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>