Разработка программно-аппаратного комплекса для изготовления устройств формирования поперечного профиля дозных полей терапевтических пучков электронов на основе аддитивных технологий

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-79-10052

НазваниеРазработка программно-аппаратного комплекса для изготовления устройств формирования поперечного профиля дозных полей терапевтических пучков электронов на основе аддитивных технологий

Руководитель Черепенников Юрий Михайлович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-502 - Физические проблемы радиационной защиты

Ключевые слова Терапевтические пучки, клинические ускорители электронов, трехмерная печать, аддитивные технологии, полимерные материалы, дозиметрическое планирование, лучевая терапия

Код ГРНТИ29.15.35

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема онкологических заболеваний остается приоритетной для современного общества. На сегодняшний день основой эффективного лечения является скорость, безопасность и комплексный подход, включающий в себя сочетание современных технологий с основными методами лечения, такими как лучевая терапия, хирургическое вмешательство и химиотерапия. Применение пучков электронов в лучевой терапии позволяет достичь хороших терапевтических результатов при лечении широкого спектра злокачественных новообразований. Повышение требований к точности доставки дозы делают актуальным вопрос формирования сложных полей облучения при проведении подобных сеансов. Сегодня формирование медицинских полей пучков электронов осуществляется с помощью специальных стандартных наборов блоков и коллиматоров или при помощи персонализированных металлических коллиматоров. В связи с тем, что форма создаваемых коллимирующих систем может быть рассчитана с учетом непосредственной задачи, метод может обеспечить быстрое и точное формирование необходимого профиля клинического пучка электронов. Возможность создания изделий сложной формы позволяет единомоментно при помощи одного устройства формировать необходимое поле облучения. Индивидуальный подход к формированию пучков электронов, использующийся в современной практике, основан на изготовлении изделий при помощи плавки или резки металлов. Использование таких методов повсеместно ограничено, так как для работы с металлом необходимы квалифицированные специалисты и специально оборудованное помещение. Новые решения, обеспечивающие высокую точностью изготовления формирующих элементов и быстроту их производства, позволят повысить эффективность персонализированных методов. Таким решением может быть применение аддитивных технологий. Это позволит сократить время создания коллиматоров в сравнении со временем, необходимым для изготовления таких устройств стандартными методами, не теряя в сложности и точности форм. Данная работа посвящена разработке программно-аппаратного комплекса для изготовления устройств формирования поперечного профиля дозных полей терапевтических пучков электронов на основе аддитивных технологий. Для этого необходимо разработать программное обеспечение, которое на основе данных из программного пакета, предназначенного для планирования процедур лучевой терапии, рассчитанных для конкретного клинического случая, будет создавать трехмерную модель изделия и управлять процессом его изготовления при помощи устройства объемной печати.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Милойчикова И.А., Черепенников Ю.М., Белоусов Д.А., Гавриков Б.М., Джарджони Э., Красных А.А., Стучебров С.Г. Feasibility of clinical electron beam formation using polymer materials produced by fused deposition modeling Physica Medica (год публикации - 2019)

2. Красных А.А., Черепенников Ю.М., Гавриков Б.М., Милойчикова И.А., Старцева Ж.А., Великая В.В., Стучебров С.Г. Longitudinal arrangement of dosimetry films for measuring the percentage depth dose of an electron beam in media with varied densities: feasibility study Siberian Journal of Oncology (год публикации - 2019)

3. Красных А.А., Черепенников Ю.М., Стучебров С.Г., Милойчикова И.А., Гавриков Б.М., Белоусов Д.А., Казарян М.А. Comparison of electron beam scattering at the edges of 3d printed plastic and metal collimators Bulletin of the Lebedev Physics Institute (год публикации - 2019)

4. Милойчикова И.А., Гавриков Б.М., Красных А.А., Черепенников Ю.М., Стучебров С.Г. Numerical model of a therapeutic electron beam source for a clinical linear accelerator Biomedical Engineering (год публикации - 2019)

5. Черепенников Ю.М., Милойчикова И.А., Красных А.А., Стучебров С.Г. Comparison of the electron beam attenuation in samples made of ABS and HIPS plastics by fused deposition modeling Charged and Neutral Particles Channeling Phenomena: Book of Abstracts of 8th International Conference, Charged and Neutral Particles Channeling Phenomena: Book of Abstracts of 8th International Conference, Naples, September 23-28, 2018. - Moscow: MEPhI, 2018 - p. 150 (год публикации - 2018)

6. Стучебров С.Г., Черепенников Ю.М., Красных А.А., Милойчикова И.А. Peculiarities of the electron beam propagation through polymer samples manufactured by the layer-by-layer fusing method with different printing parameters Charged and Neutral Particles Channeling Phenomena: Book of Abstracts of 8th International Conference, Charged and Neutral Particles Channeling Phenomena: Book of Abstracts of 8th International Conference, Naples, September 23-28, 2018. - Moscow: MEPhI, 2018 - p. 149 (год публикации - 2018)

7. Мельченко С.В., Милойчикова И.А., Красных А.А. Изготовление коллиматоров стандартным методом и методом 3d-печати Перспективы развития фундаментальных наук: сборник трудов XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (год публикации - 2019)

8. Милойчикова И.А., Черепенников Ю.М., Гавриков Б.М., Красных А.А., Стучебров С.Г. Simulating the interaction of clinical electron beams with tissue-equivalent samples produced by FDM Poster Session Online, 38th Meeting of the European-Society-for-Radiotherapy-and-Oncology, Poster Num: EP-1857 (год публикации - 2019)

9. Милойчикова И.А., Черепенников Ю.М., Гавриков Б.М., Красных А.А., Стучебров С.Г. Production of samples with specified CT indices by 3D printing Poster Session Online, 38th Meeting of the European-Society-for-Radiotherapy-and-Oncology, Poster Num: EP-1706 (год публикации - 2019)

10. Булавская А.А., Черепенников Ю.М., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г. Determination of Wide-Aperture Electron and X-Ray Beams Transverse Sizes Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures: Book of Abstracts of XII International Symposium, Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures: Book of Abstracts of XII International Symposium, Belgorod, Russian Federation, September 15-20, 2019. - Belgorod, Russian Federation, 2019 - p. 98 (год публикации - 2019)

11. Булавская А.А., Стучебров С.Г., Черепенников Ю.М., Милойчикова И.А., Торопков Н.Е. Changes of 3d-Printed Plastic Samples Mechanical Properties Caused by 6 MeV Electron Beam Irradiation Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures: Book of Abstracts of XII International Symposium, Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures: Book of Abstracts of XII International Symposium, Belgorod, Russian Federation, September 15-20, 2019. - Belgorod, Russian Federation, 2019 - p. 99 (год публикации - 2019)

12. Черепенников Ю.М., Булавская А.А., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г. Investigation of 3D-printed Plastic Samples Parameters Changing under Radiation Exposure International Conference on Electron, Positron, Neutron and X-Ray Scattering Under External Influences: Book of Abstracts, International Conference on Electron, Positron, Neutron and X-Ray Scattering Under External Influences: Book of Abstracts, Yerevan-Meghri, Armenia, October 21-26, 2019 - p.82 (год публикации - 2019)

13. Черепенников Ю.М., Булавская А.А., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г. New Method to Measure Spatial Parameters of Radiation Beams International Conference on Electron, Positron, Neutron and X-Ray Scattering Under External Influences: Book of Abstracts, International Conference on Electron, Positron, Neutron and X-Ray Scattering Under External Influences: Book of Abstracts, Yerevan-Meghri, Armenia, October 21-26, 2019 - p.29 (год публикации - 2019)

14. Стучебров С.Г., Милойчикова И.А., Черепенников Ю.М., Красных А.А., Гавриков Б.М. Comparison of 6 MeV electrons scattering at the edges of metal and 3D-printed plastic collimators EUROPEAN JOURNAL OF NUCLEAR MEDICINE AND MOLECULAR IMAGING, EUROPEAN JOURNAL OF NUCLEAR MEDICINE AND MOLECULAR IMAGING, 2019, V.46, SI, pp. S483-S484 (год публикации - 2019)
10.1007/s00259-019-04486-2

15. Черепенников Ю.М., Красных А.А., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г. Electron beam shaping with 3D printed polymer samples for medical applications RACIRI 2019 Summer School: Participants’ abstracts, RACIRI 2019 Summer School: Participants’ abstracts, Svetlogorsk, Russia, 4 - 11 August – 2018 – p. 15 (год публикации - 2019)

16. Булавская А.А., Данилова И.Б., Донцов Ю.В., Черепенников Ю.М., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г. Electron beam absorption in 3D-printed polymer samples with different infill densities Journal of Physics: Conference Series, Journal of Physics: Conference Series. – 2019 Vol. 1337, Article number 012003. – p. 1-5 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1337/1/012003

17. Бушмина Е.А., Зубкова Ю.А., Булавская А.А. Исследование влияния толщины полимерного коллиматора, изготовленного посредством аддитивных технологих, на рассеяние высокоэнергетичных электронов Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине (ФТПНПМ-2019): Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине (ФТПНПМ-2019): Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 30 Сентября - 04 Октября 2019. – Томск: ТПУ, 2019. – С. 169. (год публикации - 2019)

18. Григорьева А.А., Мельченко С.В., Булавская А.А. Изготовление пластикового коллиматора с помощью аддитивных технологий Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине (ФТПНПМ-2019): Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине (ФТПНПМ-2019): Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 30 Сентября - 04 Октября 2019. – Томск: ТПУ, 2019. – С. 172. (год публикации - 2019)

19. Стучебров С.Г., Булавская А.А., Черепенников Ю.М., Джарджони Э., Григорьева А.А., Милойчикова И.А. Influence of 3D-printed collimator thickness on near-the-edge scattering of high-energy electrons Journal of Instrumentation, Journal of Instrumentation. - 2020 - Vol. 15, Article number C04023. - p. 1-8 (год публикации - 2020)
10.1088/1748-0221/15/03/C03037

20. Булавская А.А., Черепенников Ю.М., Григорьева А.А., Милойчикова И.А., Старцева Ж. А., Стучебров С.Г., Великая В.В. Theoretical study of the dose measurements reliability with longitudinally arranged dosimetry films in materials with different densities Journal of Instrumentation, Journal of Instrumentation. - 2020 - Vol. 15, Article number C03037. - p. 1-7 (год публикации - 2020)
10.1088/1748-0221/15/03/C03037

21. Милойчикова И.А, Гавриков Б.М., Красных А.А., Черепенников Ю.М., Стучебров С.Г. Numerical Model Simulating the Therapeutic Electron Beam of a Clinical Linear Accelerator Biomedical Engineering, Biomedical Engineering. - 2020 - Vol. 53 - no. 5. - p. 345-349. (год публикации - 2020)
10.1007/s10527-020-09940-2

22. Зубкова Ю.А., Бушмина Е.А., Черепенников Ю.М. Создание фантома для верификации процедуры облучения с помощью медицинского пучка гамма-излучения источника Co-60 Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Томск, 26-29 Октября 2020. - Томск: ТПУ, 2020 - C. 103-104 (год публикации - 2020)

23. Григорьева А.А., Булавская А.А. , Милойчикова И.А. Создание индивидуальных коллиматоров для формирования медицинских пучков гамма-излучения источника Co-60 Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов,, Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Томск, 26-29 Октября 2020. - Томск: ТПУ, 2020 - C. 110-111 (год публикации - 2020)

24. Чернова О.С. , Григорьева А.А. , Черепенников Ю.М. Определение состава и плотности различных материалов с помощью томографических методов Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Томск, 26-29 Октября 2020. - Томск: ТПУ, 2020 - C. 112 (год публикации - 2020)

25. Булавская А.А., Григорьева А.А., Стучебров С.Г. Измерение распределения интенсивности излучения в поперечном сечении рентгеновского пучка с помощью сцинтилляционного детектора Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Изотопы: технологии, материалы и применение: сборник тезисов докладов VI Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Томск, 26-29 Октября 2020. - Томск: ТПУ, 2020 - C. 113 (год публикации - 2020)

26. Григорьева А.А., Булавская А.А., Черепенников Ю.М. Формирование терапевтического поля электронов с помощью коллиматора, изготовленного методами трехмерной печати Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине. Российский и международный опыт подготовки кадров: сборник научных трудов X Международной научно-практической конференции, Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине. Российский и международный опыт подготовки кадров: сборник научных трудов X Международной научно-практической конференции, Томск, 9-11 Сентября 2020. - Томск: Ветер, 2020 - C. 23 (год публикации - 2020)

27. Зубкова Ю.А., Бушмина Е.А., Григорьева А.А. Томографическое исследование сложного калибровочного объекта, изготовленного методом трехмерной печати Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине. Российский и международный опыт подготовки кадров: сборник научных трудов X Международной научно-практической конференции, Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине. Российский и международный опыт подготовки кадров: сборник научных трудов X Международной научно-практической конференции, Томск, 9-11 Сентября 2020. - Томск: Ветер, 2020 - C. 25 (год публикации - 2020)

28. Стучебров С.Г., Булавская А.А., Черепенников Ю.М., Гавриков Б.М., Милойчикова И.А. Comparison of electron beam shaping efficiency with metal and 3D-printed plastic Radiotherapy and Oncology, Radiotherapy and Oncology. - 2020 - Vol. 152, Supplement 1, Meeting Abstract PO-1485. - p. 799 (год публикации - 2020)

29. Бушмина Е.А., Булавская А.А., Григорьева А.А., Зубкова Ю.А., Милойчикова И.А. Разработка конструкции пластикового коллиматора для электронной радиотерапии опухолей головы и шеи X Школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов докладов, X Школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов докладов, Томск, 9-13 Ноября 2020. - Кемерово: "Практика" 2020 - C. 76 (год публикации - 2020)

30. Григорьева А.А., Булавская А.А., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г. Создание трехмерной STL модели мелкого лабораторного животного на основе томографических данных X Школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов докладов, X Школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов докладов, Томск, 9-13 Ноября 2020. - Кемерово: "Практика" 2020 - C. 77 (год публикации - 2020)

31. Зубкова Ю.А., Бушмина Е.А., Григорьева А.А., Черепенников Ю.М., Стучебров С.Г. Изготовление элемента дозиметрического фантома с помощью аддитивных технологий X Школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов докладов, X Школа-конференция молодых атомщиков Сибири: сборник тезисов докладов, Томск, 9-13 Ноября 2020. - Кемерово: "Практика" 2020 - C. 82 (год публикации - 2020)

32. Булавская А.А., Черепенников Ю.М., Григорьева А.А., Гавриков Б.М., Логинова А.А., Милойчикова И.А., Торопков Н.Е., Стучебров С.Г. Transverse profile forming for high energy electron beams using 3D-printed plastic samples IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1019 (2021) 012005 (год публикации - 2021)
10.1088/1757-899X/1019/1/012005

33. Булавская А.А., Черепенников Ю.М., Гавриков Б.М., Григорьева А.А., Григорьев Е., Милойчикова И.А., Стучебров С.Г. Applicability of poly(styrene–butadiene–styrene) for three-dimensional printing of tissue-equivalent samples 3D Printing and Additive Manufacturing (год публикации - 2021)

Публикации