2) устройства для увеличения энергии протонного пучка
3) устройства для уменьшения энергии протонного пучка (+)
4) устройства для фокусировки протонного пучка
Деградером в протонной терапии называют устройство, предназначенное для контролируемого уменьшения энергии протонного пучка после его ускорения. Обычно он представляет собой слой или набор слоёв поглощающего материала, например графита, бериллия, полимера или другого вещества с известной водоэквивалентной толщиной. При прохождении через деградер протоны теряют энергию главным образом вследствие ионизационных потерь и возбуждения атомов вещества.
Энергия протонов определяет глубину их пробега в тканях и положение пика Брэгга — области максимального выделения дозы в конце траектории. Поэтому уменьшение энергии позволяет адаптировать дальность пучка к глубине опухоли и ограничить облучение дистальных здоровых тканей. После деградера обычно применяют систему анализа энергии и магнитного транспорта, поскольку прохождение через материал сопровождается не только потерей энергии, но и энергетическим и угловым рассеянием пучка.
Дополнительные источники питания обеспечивают работу ускорителя, квадрупольные магниты фокусируют пучок, а ускоряющие структуры увеличивают энергию протонов. Эти устройства выполняют иные функции и не относятся к деградерам. В циклотронах, где протонный пучок обычно выводится с практически фиксированной энергией, деградер особенно важен для получения терапевтического диапазона энергий; в синхротронах необходимая энергия чаще задаётся непосредственно режимом ускорения и экстракции.
| Элемент протонной установки | Основная функция | Физический принцип или клиническое значение |
|---|---|---|
| Деградер | Уменьшение энергии протонов | Поглощение части энергии в веществе за счёт ионизационных потерь; изменение глубины пробега и положения пика Брэгга |
| Система анализа энергии | Выделение протонов с заданной энергией | Магнитное разделение частиц по импульсу; удаление компонентов пучка с чрезмерным энергетическим отклонением |
| Ранж-шифтер | Быстрое уменьшение дальности пучка непосредственно перед пациентом | Поглощающая пластина с заданной водоэквивалентной толщиной; применяется для поверхностных мишеней |
| Квадрупольные магниты | Фокусировка и транспортировка пучка | Формирование поперечного профиля пучка посредством градиента магнитного поля; энергию протонов существенно не изменяют |
| Отклоняющие магниты | Изменение направления движения пучка | Воздействие магнитного поля на заряженные частицы; используются для трассировки пучка и подачи его к лечебной линии |
| Радиочастотная ускоряющая система | Увеличение энергии протонов | Передача энергии частицам электромагнитным полем в ускорителе; противоположная деградеру функция |
| Апертуры и коллиматоры | Ограничение поперечного размера пучка | Механическое формирование поля и отсечение периферических частиц; не являются устройствами снижения энергии |
Таким образом, ключевой признак деградера — пассивное снижение кинетической энергии протонов при прохождении через специально выбранный материал. Это позволяет управлять глубиной проникновения пучка и согласовать распределение дозы с геометрией мишени. При проектировании лечебного пучка учитывают энергетическое рассеяние, увеличение эмиттанса и возможную потерю интенсивности после деградации. Поэтому деградер работает совместно с анализатором энергии, фокусирующей оптикой и системой контроля дозиметрических параметров.