Исследователи из Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ, Томского политехнического университета и трех медицинских организаций России и Германии разработали модель Geant4 режима работы электронного пучка в клиническом линейном ускорителе. Методология, использованная при разработке численной модели медицинского линейного ускорителя, не зависит от поставщика, легко реализуема и позволяет проводить быстрые расчеты. Кроме того, модель может применяться для различных целей, включая выбор параметров для изготовления гетерогенных дозиметрических фантомов.

В настоящее время значительное количество исследований сосредоточено на разработке новых методологий изготовления дозиметрических фантомов. Одним из таких методов является изготовление гетерогенных образцов методом 3D-печати. Для выбора наиболее подходящих параметров для таких изделий необходимо проводить численное моделирование.

В данной работе мы разработали модель системы формирования пучка, используя в качестве эталона медицинский линейный ускоритель. Эта модель использовалась для определения параметров моделирования и соответствующих распределений доз электронного пучка с номинальными энергиями 6, 12 и 15 МэВ в гомогенном водном фантоме. Фактически, эти параметры были адаптированы для обеспечения максимального соответствия между моделируемыми распределениями и экспериментально полученными с помощью клинического линейного ускорителя.

Моделирование пучка выполнялось с использованием инструментария Geant4 с применением метода Монте-Карло. Геометрия моделирования терапевтической головки ускорителя включает рассеивающую фольгу и выравнивающий фильтр, которые предназначены для расширения электронного пучка. Кроме того, система формирования пучка была включена для коллимации пучка до необходимого размера. Для уменьшения вклада рассеяния электронов в воздухе был включен металлический аппликатор. Основные параметры моделирования были итеративно настроены путем сравнения результатов моделирования с экспериментально полученными данными.

Показано, что смоделированная процентная глубинная доза и поперечные профили для электронных пучков в водном фантоме хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными с помощью цилиндрической ионизационной камеры. Это свидетельствует о том, что методология, использованная при разработке численной модели медицинского линейного ускорителя, не зависит от поставщика, легко реализуема и позволяет проводить быстрые расчеты.

Статья «Разработка и проверка модели Geant4 режима работы электронного пучка в клиническом линейном ускорителе» опубликована в журнале «Journal of Instrumentation» в июле 2024 года.