Modellering af ionstrålebehandling

Hadron strålebehandling, som ofte bruges til behandling af solide tumorer, involverer bestråling af en tumor med en stråle af højenergiladede partikler, oftest protoner; disse overfører deres energi til tumorcellerne, ødelægge dem. Det er vigtigt at forstå den præcise fysik i denne energioverførsel, så tumoren kan målrettes præcist. Pablo de Vera fra MBN Research Center, Frankfurt, Tyskland og kolleger på universiteterne i Murcia og Alicante, Spanien, har frembragt en konsekvent teoretisk fortolkning af de mest nøjagtige eksperimentelle målinger af ionstrålers energiaflejring i flydende vandstråler, som er det mest relevante stof til simulering af interaktioner med humant væv. Deres arbejde udgives i The European Physical Journal D .

Når en ionstråle kommer ind i en patients krop, den overfører sin kinetiske energi til vævet, fremstilling af elektroniske excitationer; den maksimale dosis af celledestruerende stråling leveres på det tidspunkt, hvor den stopper. Forudsiger præcist hvordan man rammer tumoren, reducere eller undgå energioverførsel til tilstødende normalt væv, kræver en præcis forståelse af denne 'elektroniske stopkraft'. Indtil nu, teoretiske modeller for interaktionen har ikke helt matchet de få tilgængelige eksperimentelle målinger.

Den mest almindelige metode til modellering af energitabet, når højenergionioner passerer gennem et materiale, er Monte Carlo-simulering. De Vera og hans kolleger brugte deres egen Monte Carlo-metode, som tager højde for flere forskellige former for interaktion mellem ionerne og materialet samt målets detaljerede geometri - her en flydende vandstråle. De fandt ud af, at når strålediameteren var en smule reduceret, som let kan ske med fordampning, simuleringerne gengav næsten nøjagtigt eksperimentelle resultater. De Vera og hans kolleger har nu til hensigt at bruge deres kode til at studere generation af sekundære elektroner ved ionstråler i væv og dermed få en endnu bedre forståelse af de fysiske mekanismer, der ligger til grund for denne kraftfulde form for kræftbehandling.