"Медицинская" версия SHIELD-HIT (Heavy Ion Therapy)
Версия SHIELD-HIT интенсивно развивается, начиная с 2001 года, на основе общей версии кода SHIELD совместно с коллегами из Karolinska Institutet (KI, Stockholm) и German Cancer Research Center (DKFZ, Heidelberg). Основные этапы в развитии и совершенствовании кода SHIELD-HIT перечислены ниже.
В 2001-2004 совместно с KI разработана версия №1 (SHIELD-HIT, v.1) [1] :
- Учет флуктуаций ионизационных потерь и многократного кулоновского рассеяния заряженных адронов
и ядерных фрагментов (гауссова модель), а также флуктуаций потерь согласно теории Вавилова.
- Оценка дифференциальных по энергии флюенсов вторичных частиц и фрагментов по длине пробега
(TLE - Track Length Estimation) в каждой зоне мишени.
- Регистрация вкладов в энерговыделение от разных типов и разных поколений частиц и фрагментов
по отдельности.
- Регистрация дважды дифференциального выхода частиц и фрагментов из мишени.
- Включение тормозных способностей для протонов и α - частиц в табличном виде согласно ICRU 49 [2].
- Возможность отключения разных физических процессов (флуктуаций потерь энергии, многократного
рассеяния, ядерных реакций) по заказу пользователя.
- Оценка дважды дифференциальных по энергии и углу TLE - флюенсов вторичных частиц и фрагментов.
В 2005 году на основе версии №1 совместно с DKFZ разработана версия №2 (SHIELD-HIT, v.2) [3] :
- Перевод всех транспортных подпрограмм кода SHIELD-HIT в двойную точность.
- Переменная размерность энергетических сеток в транспортной части SHIELD-HIT. Детализация
энергетических сеток для расчета тормозных способностей, длин пробега и оптических толщин.
- Модификация формулы Бете-Блоха для тормозных способностей dE/dX и ее сшивка с формулой
Линдхарда-Шарфа при низких энергиях. Понижение энергии обрезания при переносе до Ecut=25 keV/u.
- Включение тормозных способностей для ионов от Li до Ar в табличном виде согласно ICRU 73 [4].
- Усовершенствование процедуры расчета полных и неупругих сечений hA- and AA- взаимодействий.
- Усовершенствование модели Ферми-развала.
Дальнейшее развитие кода SHIELD-HIT в 2005-2008 годах продолжалось на основе версий №1 и №2 совместно с обоими Институтами, KI и DKFZ. Данная версия кода получила название SHIELD-HIT08 [5]. Дополнительные возможности этой версии кода перечислены ниже:
- Переменная размерность энергетической сетки для регистрации TLE-флюенсов частиц и фрагментов.
- Усовершенствование процедуры оценки TLE-флюенсов в области пика Брэгга.
- Регистрация PET-эмиттеров в каждой зоне мишени.
- Вычисление дозы через TLE-флюенсы путем их свертки с тормозными способностями dE/dX
для разных типов частиц и фрагментов в каждой зоне мишени.
- Разложение дозовых полей по вкладам в дозу частиц и фрагментов с заданными значениями
линейной передачи энергии (ЛПЭ). Интервалы ЛПЭ определяются пользователем.
- Включение многократного кулоновского рассеяния согласно теории Мольер [6].
- Расширение числа химических элементов в составе биологической ткани с 8 до 13.
- Ревизия нейтронных данных (ниже 14.5 MeV) для некоторых химических элементов
(F, P, S, Cl, Ti, Zn, Au), актуальных для адронной терапии.
С 2009 года развитие кода SHIELD-HIT продолжилось в сотрудничестве с Университетом г. Орхус, Дания (Aarhus University) [7-9]. Исходным пунктом служила версия SHIELD-HIT08. Основная цель заключалась в том, чтобы обеспечить возможность применения кода в клинической практике. Итоговая версия кода получила название SHIELD-HIT12A. Её подробное описание можно найти на сайте проекта http://www.shieldhit.org. Были также добавлены либо обновлены нейтронные данные для ряда элементов, представляющих интерес для адронной терапии. Программа SHIELD-HIT12A распространяется на основе коммерческой и некоммерческой лицензий.
- I.Gudowska, N.Sobolevsky, P.Andreo, Dz.Belkic, A.Brahme. Ion Beam Transport in Tissue-Like Media Using the Monte Carlo Code SHIELD-HIT. Phys.Med.Biol. 49 (2004) 1933-1958.
- ICRU Report 49. Stopping Powers and Ranges for Protons and Alpha Particles. The International Commission on Radiation Unit and Measurement, 1993.
- O.Geithner, P.Andreo, N.Sobolevsky, G.Hartmann, O.Jaekel. Calculation of Stopping Power Ratios for Carbon Ion Dosimetry. Phys.Med.Biol. 51 (2006) 2279-2292.
- ICRU Report 73. Stopping of Ions Heavier than Helium. The International Commission on Radiation Unit and Measurement, 2005.
- K.Henkner, N.Bassler, N.Sobolevsky, O.Jaekel. Monte Carlo Simulations on the water-to-air stopping power ratio for carbon ion dosimetry. Medical Physics 36 (2009) 1230-1235.
- CERN Program Library Long Writeup W5013. GEANT, Detector Description and Simulation Tool, 1994, section PHYS325: Moliere scattering.
- A.Luehr, D.C.Hansen, N.Sobolevsky, H.Palmans, S.Rossomme, N.Bassler. Fluence Correction Factors and Stopping Power Ratios for Clinical Ion Beams. Acta Oncologica 50 (2011) 797-805.
- D.C.Hansen, A.Luehr, N.Sobolevsky, N.Bassler. Optimizing SHIELD-HIT for carbon ion treatment.
Phys.Med.Biol. 57(2012)2393-2409.
- N.Bassler, D.C.Hansen, A.Luehr, B.Thomsen, J.B.Petersen, N.Sobolevsky. SHIELD-HIT12A - a Monte Carlo particle transport program for ion therapy research. Journal of Physics: Conference Series 489 (2014) 012004.
|
