2) эффекта образования электрон-позитронных пар
3) комптоновского рассеяния
4) фотоэффекта (+)
Фотонно-активационная терапия основана на фотоэффекте — поглощении фотона атомом-мишенью с выбиванием электрона с внутренней оболочки, чаще K-оболочки. Для этого применяют моноэнергетическое излучение, энергию которого подбирают несколько выше края поглощения соответствующего атома. В качестве мишеней рассматривают элементы с высоким атомным номером, например йод, гадолиний или золото, способные концентрироваться в опухолевой ткани.
Образовавшаяся вакансия во внутренней оболочке заполняется электроном с более высокого энергетического уровня. При этом испускаются характеристический рентгеновский квант и/или оже-электрон. Оже-электроны имеют малый пробег в тканях, но вызывают плотную локальную ионизацию, повреждение ДНК, образование свободных радикалов и преимущественно двунитевых разрывов ДНК в клетках, содержащих атомы-мишени. Именно локализация вторичного электронного излучения обеспечивает радиобиологическую селективность метода.
| Признак | Фотоэффект | Комптоновское рассеяние | Рождение электрон-позитронных пар |
|---|---|---|---|
| Сущность взаимодействия | Полное поглощение фотона атомом с выбиванием связанного электрона | Неупругое рассеяние фотона на электроне с передачей ему части энергии | Преобразование фотона в электрон и позитрон в поле ядра |
| Энергетическая область | Особенно выражен при энергиях около краёв поглощения внутренних оболочек | Преобладает в широком диапазоне средних энергий медицинского рентгеновского излучения | Возможен при энергии фотона не менее 1,022 МэВ |
| Зависимость от атомного номера | Сильно возрастает у веществ с высоким атомным номером, что используется для активации мишени | Зависимость от атомного номера значительно слабее | Вероятность возрастает с увеличением атомного номера и энергии фотона |
| Вторичные продукты | Фотоэлектрон, характеристическое излучение и оже-электроны | Рассеянный фотон и электрон отдачи | Электрон и позитрон; последующая аннигиляция сопровождается фотонами по 511 кэВ |
| Пространственная локализация дозы | Высокая локальная ионизация вблизи атома-мишени, особенно за счёт оже-электронов | Доза распределяется менее селективно и определяется переносом рассеянных фотонов и электронов | Формируется протяжённый электронно-позитронный каскад, не являющийся специфичным для мишени |
| Значение для фотонно-активационной терапии | Основной механизм активации высокоатомных элементов и усиления повреждения опухолевых клеток | Сопутствующий механизм взаимодействия, но не принцип селективной активации | Для этой методики обычно не является ведущим механизмом из-за необходимости значительно более высоких энергий |
Таким образом, эффективность метода определяется сочетанием высокоатомной мишени и правильно выбранной энергии фотонов, близкой к её K-краю поглощения. Важна не только первичная абсорбция фотона, но и каскад релаксационных процессов, формирующих локальное вторичное излучение. Фотоэффект отличает эту технологию от обычного дистанционного облучения, где дозу в основном определяют комптоновские взаимодействия и вторичные электроны. В клинической практике фотонно-активационная терапия рассматривается как специализированный и развивающийся подход, требующий контроля доставки мишени и дозиметрии.