Неопределённости дальности в протонной терапии и роль имитационного моделирования Монте-Карло

Основные преимущества протонной терапии — уменьшенная суммарная энергия, депонируемая в пациенте по сравнению с фотонными методиками, и конечная дальность протонного пучка. Последнее добавляет дополнительную степень свободы при планировании лечения. Дальность в ткани связана со значительными неопределённостями, вызываемыми визуализацией, установкой пациента, подачей пучка и расчётом дозы. Сокращение этих неопределённостей позволило бы уменьшить объём лечения и тем самым лучше использовать преимущества протонов. В статье подводится итог роли имитационных расчётов Монте-Карло в задачах снижения неопределённостей дальности в протонной терапии. Анализируются различия в расчёте дозы при сравнении Монте-Карло и аналитических алгоритмов, а также неопределённости дальности, связанные с материальными константами и преобразованием компьютерной томографии (CT). Обсуждаются неопределённости дальности из-за биологических эффектов и роль Монте-Карло для in vivo верификации дальности. Кроме того, пересматриваются действующие рецептуры оценки неопределённости дальности, применяемые в ряде центров протонной терапии. Делаем вывод, что заметный эффект от расчётов дозы методом Монте-Карло можно ожидать в сложных геометриях, где локальные неопределённости дальности из-за множественного кулоновского рассеяния снижают точность аналитических алгоритмов. В таких случаях методы Монте-Карло могут снизить неопределённость дальности на несколько миллиметров.