Аспирантка кафедры прикладной физики Физико-технического института ТПУ Ангелина Красных, ставшая победительницей программы «УМНИК» Фонда содействия инновациям, занимается разработкой метода формирования электронных пучков, используемых в медицине, в частности при проведении лучевой терапии для борьбы с онкозаболеваниями.

«Методы, основанные на использовании электронных пучков, являются неотъемлемой частью современной медицины и включают в себя широкий спектр радиотерапевтических задач. Одной из наиболее эффективных и перспективных является интраоперационная лучевая терапия пучками быстрых электронов различной энергии. Данная процедура представляет собой непосредственное подведение высокой однократной дозы к патологическому очагу или на «ложе» удаленной опухоли», — рассказывает Ангелина Красных.

По словам аспирантки Томского политехнического университета, в основе ее разработки лежит использование технологий быстрого прототипирования для изготовления фильтрующих и коллимационных систем. Сейчас для формирования терапевтического пучка электронов чаще всего применяется система фильтрующих фольг, металлических коллиматоров и наборов блоков. Изготовление фильтров, блоков и коллимирующих (формирующих поперечные размеры) систем методами 3D-печати, форма которых рассчитана с учетом непосредственной задачи, позволит, по мнению разработчицы, быстро и точно сформировать любой профиль пучка произвольной формы.

«Разработанный метод позволит создать аппаратно-программный комплекс, который на основе томографических данных пациента и параметров клинического ускорителя обеспечит расчет размеров и формы фильтрующе-коллимационной системы для формирования сложного поля облучения пучком электронов для проведения лучевой терапии. Данная система будет изготавливаться из пластиковых филаментов с применением технологий трехмерной печати. Программное обеспечение будет учитывать характер взаимодействия электронов с материалом и рассчитывать необходимые параметры поля облучения для наиболее эффективного проведения лучевой терапии», — поясняет Красных.

Отметим, устройство будет представлять собой пластиковый цилиндр, внутри которого будут содержаться фильтрующие и коллимирующие элементы. Оно будет легко в использовании. Кроме того, при использовании метода, разработанного в ТПУ, время изготовления индивидуальных изделий будет составлять около пяти часов, тогда как при использовании стандартного метода — плавки коллиматоров из металла — на аналогичные процессы уходит два дня и более.

«Для готовых изделий, представляющих собой фильтры, блоки и коллиматоры, форма которых будет рассчитана с учетом индивидуальных анатомических особенностей человека, одной из важнейших характеристик является время, затрачиваемое на их изготовление.

Применение технологий быстрого прототипирования позволит сократить временные затраты до трех-пяти часов. Кроме того, немаловажным преимуществом предложенного метода является его относительно невысокая стоимость.

По предварительным оценкам, себестоимость создания одного изделия — около тысячи рублей. Также основное преимущество данного метода заключается в уменьшении последствий лучевой терапии. За счет индивидуального изготовления можно уменьшить негативное влияние излучения на критические органы и ткани», — считает аспирантка ТПУ.

Добавим, Ангелина Красных работает над проектом в составе научной группы под руководством старшего научного сотрудника кафедры прикладной физики ФТИ ТПУ Сергея Стучеброва и медицинского физика НИИ онкологии Томского НИМЦ Ирины Милойчиковой. Сейчас группой уже пройден этап моделирования процессов, был проведен эксперимент на пучке электронов микротрона ТПУ. На основе результатов эксперимента модель была скорректирована. Кроме того, политехниками был выполнен эксперимент на клиническом ускорителе электронов фирмы Varian. Сейчас разработчики занимаются обработкой данных и сравнением их с результатом моделирования. Заявку на патент на изобретение планируется подать в третьем квартале 2018 года.