Восстановление энергетических спектров фотонов по клиническим кривым процентного распределения дозы по глубине с использованием регуляризации Тихонова и обобщённого метода имитации отжига

Основная цель данного исследования — восстановить энергетический спектр фотонов трёх линейных ускорителей (LINAC) по экспериментально измеренным кривым процентного распределения дозы по глубине (PDD). Экспериментально полученные кривые PDD использовались для решения интегрального уравнения Фредгольма, связывающего спектры фотонных пучков с дозой, с применением регуляризации Тихонова и обобщённого метода имитации отжига для оптимизации. Полученные спектры применялись для моделирования референсных условий облучения, рекомендованных IAEA TRS‑398. Для создания сценария моделирования в референсных условиях (поле 10 × 10 см², расстояние источник‑поверхность 100 см, водный фантом 30 × 30 × 30 см³) для фотонных пучков 6 MV были использованы монте‑карловские коды PENELOPE и TOPAS. Рассчитанные спектры трёх LINAC показали высокую степень согласованности, достигая до 99% совпадения. Валидация восстановленных спектров проводилась сравнением смоделированных и экспериментальных кривых PDD и профилей пучка, выявив благоприятное соответствие их поведения. Проведён всесторонний анализ, сравнивающий экспериментальные PDD с моделируемыми на основе восстановленных спектров. Для оценки из кривых PDD были извлечены параметры, такие как входная доза. При сравнении этих параметров с экспериментальными данными были отмечены заметные отклонения — примерно 10% для входной дозы и около 3% для других оценённых величин. Сравнения профилей пучка по размерам поля показали различия в диапазоне от 0,5% до 5,3%. В исследовании выполнено восстановление спектра фотонного пучка LINAC с выраженной степенью согласованности между устройствами. Валидация уравнения Фредгольма с использованием двух монте‑карловских кодов и анализ кривых PDD и профилей пучка выявили существенные расхождения в области нарастания дозы (build‑up). Восстановленные спектры представляют значительный потенциал для сценариев моделирования в радиотерапии, что особенно важно ввиду сложности получения полноты данных о конструкции ускорителей от производителей LINAC.