2) нейтронов
3) гамма излучения
4) тормозного излучения
Правильный ответ — протоны. Протон представляет собой массивную заряженную частицу, которая при прохождении через ткань постепенно теряет кинетическую энергию преимущественно за счёт ионизации и возбуждения атомов. По мере замедления протона его линейная передача энергии и тормозная способность возрастают, поэтому основная часть энергии выделяется непосредственно перед полной остановкой частицы. Это формирует выраженный дозовый максимум — пик Брэгга.
Глубина расположения пика определяется исходной энергией протонного пучка и тормозными свойствами тканей. После окончания пробега первичных протонов доза резко снижается, что позволяет уменьшить облучение структур, расположенных дистальнее опухоли. В клинической протонной терапии несколько пиков, соответствующих разным энергиям, суммируют и получают расширенный пик Брэгга — spread-out Bragg peak, или SOBP, охватывающий весь объём мишени.
У фотонного излучения также существует область дозового накопления с максимумом на некоторой глубине, однако это не пик Брэгга. Фотонный максимум связан с установлением электронного равновесия и накоплением вторичных электронов, после чего доза постепенно уменьшается вследствие ослабления пучка. Нейтроны являются косвенно ионизирующими частицами и передают энергию тканям через вторичные заряженные частицы, поэтому узкого максимума в конце определённого пробега у них не возникает.
| Вид излучения | Механизм передачи энергии | Характер глубинного распределения дозы | Отличительный признак |
|---|---|---|---|
| Протоны | Прямая ионизация и возбуждение атомов заряженной частицей | Умеренная входная доза, постепенный подъём и резкий максимум в конце пробега | Классический пик Брэгга с крутым дистальным спадом |
| Ионы углерода | Плотная ионизация вдоль трека тяжёлой заряженной частицы | Выраженный пик Брэгга; за ним сохраняется небольшой фрагментационный хвост | Высокая линейная передача энергии в области пика |
| Гамма-излучение | Косвенная ионизация вторичными электронами | Дозовое накопление на небольшой глубине, затем постепенное снижение | Нет конечного пробега и резкого дистального спада |
| Тормозное рентгеновское излучение | Взаимодействие фотонов с образованием вторичных электронов | Область накопления, максимум дозы и последующее экспоненциальное ослабление | Глубина максимума зависит от энергии фотонного пучка, но пик не является пиком Брэгга |
| Быстрые нейтроны | Упругие и неупругие ядерные взаимодействия с образованием вторичных частиц | Относительно плавное изменение дозы с глубиной без узкого конечного максимума | Высокая биологическая эффективность, но отсутствие классического пика Брэгга |
| Электроны | Прямая ионизация с выраженным многократным рассеянием | Высокая поверхностная доза, ограниченная глубина проникновения и широкий спад | Практический пробег имеется, но клинически выраженного узкого пика Брэгга нет |
Физическое преимущество протонов особенно значимо при опухолях, расположенных рядом с критическими органами, поскольку дистальная граница дозы может быть сформирована достаточно резко. При планировании необходимо учитывать неопределённость пробега, связанную с неоднородностью тканей, движением органов и преобразованием компьютерно-томографической плотности в тормозную способность. Поэтому клинический план включает соответствующие запасы и методы робастной оптимизации. Сам по себе пик Брэгга характеризует физическое распределение энергии, а лечебный эффект определяется также суммарной дозой, фракционированием и радиобиологическими свойствами опухоли и нормальных тканей.