Стереотаксическая лучевая терапия при локализованном раке предстательной железы

Background. In the last decade, we observed a significant increase in the number of patients undergoing radiotherapy for prostate cancer (PC). It became possible with the development of new equipment that can significantly increase radiation efficiency and reduce the frequency and severity of side effects. Active investigation of new fractionation regimens led to the development of stereotactic radiotherapy (StR) technique. In this article, we describe our own experience of using StR in patients with localized PC.Material and methods. The study included 48 patients treated with CyberKnife robotic radiosurgery system. The patients received a total dose of 36.25 Gy delivered in 5 fractions.Results. At a median follow-up of 24 months, the estimated four-year prostate-specific antigen (PSA) relapse-free survival rate was 95.8 %. The median PSA nadir was 0.48 ng/mL. We observed no grade III–IV side effects (either early or late).Conclusion. Our results suggest that the use of StR allows achieving good biochemical control comparable to that achieved by other methods and demonstrates comparable and sometimes even lower toxicity.Введение. В последнее десятилетие отмечается значительный рост числа пациентов, подвергающихся лучевой терапии по поводу рака предстательной железы (РПЖ). Это объясняется созданием нового оборудования, способного значительно повысить эффективность облучения при уменьшении частоты и выраженности побочных явлений. Активное изучение новых режимов фракционирования привело к появлению метода стереотаксической лучевой терапии (СтЛТ). В работе представлены результаты собственного опыта применения методики СтЛТ у пациентов с локализованным РПЖ.Материалы и методы. В исследование включены 48 пациентов. Облучение осуществляли с применением роботизированной радиохирургической системы кибер-нож. Предписанная суммарная очаговая доза за 5 фракций составила 36,25 Гр.Результаты. При медиане наблюдения 24 мес 4-летняя безрецидивная выживаемость по уровню простатического специфического антигена составила 95,8 %, медиана надира по уровню простатического специфического антигена – 0,48 нг/мл. Ранних и поздних нежелательных явлений III–IV степеней тяжести не отмечено.Заключение. Представленные результаты применения СтЛТ при локализованном РПЖ свидетельствуют о высоком уровне биохимического контроля, сравнимом с таковым при использовании других видов терапии, а также о наличии сопоставимой, а в некоторых случаях меньшей, токсичности

Бидоменные сегнетоэлектрические кристаллы: свойства и перспективы применения

Lithium niobate (LiNbO3) and lithium tantalate (LiTaO3) are among the most important and most widely used materials of coherent and nonlinear optics, as well as acoustics. High degree of uniformity and reproducibility has become the foundation of technology for manufacturing high-quality crystals, absorbed by many suppliers around the world. However, the above areas do not limit the use of LiNbO3 and LiTaO3 due to their unique piezoelectric and ferroelectric properties. One promising application of crystals is the design of electromechanical transducers for precision sensors and actuators. In this respect, the high thermal stability of the piezoelectric and mechanical properties, the lack of hysteresis and creep make it possible to create electromechanical converters with wide operating temperature range, that is beyond the capability of commonly used ferroelectric ceramics. The main advantage of LiNbO3 and LiTaO3 over other single-crystal piezoelectrics is ferroelectric domain structure regulation toward targeted impact on the device characteristics. One of the most striking examples of electromechanical transducer design through domain engineering is the formation of a so-called bidomain ferroelectric structure in crystal. It represents a single-crystalline plate with two macrodomains with opposite directions of spontaneous polarization vectors separated by a charged domain wall. High switching fields make inversion domains stable at temperatures up to 1000 °C. This review summarizes the main achievements in the formation of bidomain structure and near surface inversion domains in LiNbO3 and LiTaO3 crystals. We present the domain structure virtualization methods in crystals and non-destructive methods for controlling the domain boundary position. The report contains a comparative analysis of the methods for forming inversion domains in crystals, and the patterns and technological control methods of the domain structure are discussed. The basic physical models have been proposed in the literature to explain the effect of the inversion domains formation. In the present paper we outline what one sees as strengths and weaknesses of these models. The strategies of crystallographic cut selection to create devices based on bidomain crystals are briefly discussed. We provide examples of the implementation of devices based on bidomain crystals such as actuators, sensors, acoustic transducers, and waste energy collection systems.Ниобат лития (LiNbO3) и танталат лития (LiTaO3) относятся к важнейшим и наиболее широко применяемым материалам когерентной и нелинейной оптики, а также акустики. Высокие требования, предъявляемые к однородности и воспроизводимости характеристик, стали основой для создания промышленной технологии выпуска высококачественных кристаллов, освоенной многими предприятиями мира. Однако использование LiNbO3 и LiTaO3 не ограничивается перечисленными выше областями техники благодаря выраженным пьезо- и сегнетоэлектрическим свойствам. Одним из перспективных направлений использования кристаллов является создание на их основе электромеханических преобразователей для прецизионных сенсоров и актюаторов. При этом высокая термическая стабильность пьезоэлектрических и механических свойств, отсутствие гистерезиса и крипа позволяют создавать электромеханические преобразователи, способные работать в широком диапазоне температур, недостижимом для обычно используемых для этих целей сегнетокерамических материалов. Главным преимуществом LiNbO3 и LiTaO3 перед другими монокристаллическими пьезоэлектриками является возможность направленного воздействия на характеристики устройств путем управления сегнетоэлектрической доменной структурой кристаллов. Одним из наиболее ярких примеров использования доменной инженерии для создания электромеханических преобразователей на основе кристаллов является формирование в них так называемой бидоменной структуры — двух доменов макроскопического размера, расположенных в одной кристаллической пластине, имеющих встречно направленные векторы спонтанной поляризации и разделенных заряженной доменной стенкой. Высокие коэрцитивные поля переключения делают инверсные домены стабильными вплоть до температуры Кюри (порядка 1140 °C у LiNbO3 и 600 °C у LiTaO3). В обзоре рассмотрены основные достижения в области формирования бидоменной структуры и приповерхностных инверсных доменов в кристаллах LiNbO3 и LiTaO3. Представлены методы визуализации доменной структуры в кристаллах и неразрушающие методы контроля положения междоменной границы. Проведен сравнительный анализ методов формирования инверсных доменов в кристаллах, обсуждены закономерности и технологические приемы управления доменной структурой. Приведены основные физические модели, предложенные в литературе для объяснения эффекта образования инверсных доменов, рассмотрены их сильные и слабые стороны. Кратко перечислены способы выбора кристаллографического среза для создания устройств, в которых используются бидоменные кристаллы. Приведены примеры реализации устройств на основе бидоменных кристаллов: актюаторов, сенсоров, акустических преобразователей, систем сбора бросовой энергии

ФОРМИРОВАНИЕ БИДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В ПЛАСТИНАХ МОНОКРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ МЕТОДОМ СТАЦИОНАРНОГО ВНЕШНЕГО НАГРЕВА

The method of bidomain structure synthesis in lithium niobate single crystal wafers based on the formation of a specific temperature gradient across the sample thickness has been developed. The lithium niobate wafer placed between two silicon wafers was heated due to the absorption of light annealing system radiation by silicon. The work cell design allows one to form and control the power of thermal fluxes entering the ferroelectric wafer thus creating temperature gradients required for a controlled process of formation of two domains with opposite polarization vectors («head to head» domain structure). The efficiency of light absorption for the formation of external thermal sources that allow one to implement symmetric and asymmetric heating, determining the position of the conditional surface with the zero temperature gradient and consequently the position of the domain boundary is experimentally confirmed.In a lithium niobate wafer 1.6 mm in thickness and 60 mm in length, a symmetrical bidomain structure with opposite polarization vectors was formed. The bending strain of cantilevered samples vs applied voltage was investigated in the -300 to +300 V voltage range, the strain amplitude being more than 35 µm. The measurements showed a high linearity and repeatability of the bias voltage vs bending strain curve.Разработан метод создания бидоменной структуры в пластинах монокристаллов ниобата лития, основанный на формировании заданного распределения градиента температуры по толщине образца путем стационарного внешнего нагрева. Нагрев пластины LiNbO3, которая помещается между двумя пластинами кремния, осуществляют за счет поглощения кремнием световой энергии ламп установки светового отжига. Схема технологической ячейки позволяет формировать и регулировать мощности тепловых потоков, входящих в сегнетоэлектрическую пластину с обеих сторон, создавая градиенты температур, необходимые для управляемого процесса образования двух доменов с направленными друг к другу векторами поляризации (доменная струк-тура «голова к голове»). Экспериментально подтверждена эффективность применения светового поглощения для формирования внешних тепловых источников, при помощи которых можно осуществлять как симметричный, так и асимметричный нагрев, определяющий положение условной поверхности с нулевым температурным градиентом и, следовательно, положение междоменной границы.В пластине LiNbO3 толщиной 1,6 мм и длиной 60 мм сформирована симметричная бидоменная структура с противоположно направленными векторами поляризации. Исследована зависимость изгибной деформации консольно закрепленного образца от электрического напряжения в интервале от −300 до +300 В амплитуда деформации составила более 35 мкм. Показана высокая линейность и повторяемость характеристики «электрическое напряжение — изгибная деформация»

ФОРМИРОВАНИЕ БИДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В ПЛАСТИНАХ НИОБАТА ЛИТИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ БЕТА–ВОЛЬТАИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

This article discusses the possibility of increasing the efficiency of betavoltaic generators by using lithium niobate single−crystal bimorph as the piezoelectric transducer element. Existing betavoltaic alternating voltage generators consist of a piezoelectric cantilever and a electron source, wherein the cantilever is a resilient member, for example silicon, to which a PZT ceramics piezoelectric element is connected. In this study we suggest changing the structure of the silicon cantilever with a piezoelectric element for a uniform cantilever which is a thin plate of bidomain lithium niobate single crystal. This increases the efficiency of converting mechanical vibrations to electrical power, Q of the system, and the stability of the working parameters, and furthermore significantly increases — up to several hundred degrees — the operation temperature range. We have considered in details the solution of the main task —formation of a bidomain structure in a thin lithium niobate plate. A method of the sample high−temperature annealing in a nonuniform electric field is proposed. The possibility of domain structure prediction on the basis of the developed model is shown. Samples with a domain boundary depth of 120—150 microns have been obtained, and we have shown that the clarity of the boundary depends on the voltage between the working cell strip electrodes and the external electrode. The method is effective for bidomain structure formation in plates of about 300 microns in thickness.Рассмотрена возможность увеличения эффективности бета−вольтаического генератора за счет применения в качестве пьезоэлектрического преобразователя монокристаллического биморфного элемента из ниобата лития. Известные бета−вольтаические генераторы переменного напряжения состоят из пьезоэлектрического кантилевера и источника −электронов. Причем кантилевер представляет собой упругий элемент, например из кремния, на который приклеен пьезоэлемент из пьезокерамики PZT. Предложено заменить структуру из кремниевой балки с пьезоэлементом на однородный кантилевер, представляющий собой тонкую пластину из бидоменного монокристалла ниобата лития. За счет этого одновременно увеличивается эффективность преобразования механических колебаний в электрическую энергию и добротность системы, стабильность рабочих параметров, а также существенно увеличивается (на несколько сот градусов) температурный диапазон функционирования. Подробно рассмотрено решение основной задачи — формирование бидоменной структуры в тонкой пластине ниобата лития. Предложен метод высокотемпературного отжига образца в неоднородном электрическом поле. Продемонстрирована возможность прогнозирования доменной структуры на основе разработанной модели. Получены образцы с глубиной залегания междоменной границы 120—150 мкм. При этом показано, что четкость границы зависит от разности потенциалов между полосчатыми электродами технологической ячейки и внешним электродом. Метод является эффективным для создания бидоменной структуры в пластине толщиной примерно до 300 мкм

Анизотропия деформации плаcтин монокристаллов ниобата лития Y + 128°–среза с бидоменной структурой

Bidomain single crystals of lithium niobate (LiNbO3) and lithium tantalate (LiTaO3) are promising material for usage as actuators, mechanoelectrical transducers and sensors working in a wide temperature range. It is necessary to take into account anisotropy of properties of crystalline material when such devices are designed. Inthis study we investigated deformations of bidomain round shaped Y + 128°-cut wafers of lithium niobate in an external electric field. Dependencies of piezoelectric coefficients on rotation angles were calculated for lithium niobate and lithium tantalate and plotted for the crystal cuts which are used for bidomain ferroelectric structure formation. In experiment, we utilized external heating method and long-time annealing with lithium out-diffusion method in order to create round bidomain lithium niobate wafers. In order to obtain dependencies of the bidomain crystals’ movements on the rotation angle with central fastening and external electric field application optical microscopy was used. We also modeled a shape of the deformed bidomain wafer with a suggestion that the edge movement depends on the radial distance to the fastening point quadratically. In conclusion, bidomain Y + 128°-cut lithium niobate wafer exhibits saddle-like deformation when DC electric field is applied.Бидоменные монокристаллы ниобата лития (LiNbO3) и танталата лития (LiTaO3) являются перспективным материалом для создания на их основе актюаторов, механоэлектрических преобразователей и сенсоров, способных работать в широком диапазоне температур. При изготовлении таких устройств необходимо учитывать анизотропию свойств используемого материала. Исследованы деформации бидоменных пластин ниобата лития Y + 128°-среза круглой формы под действием внешнего электрического поля. Рассчитаны угловые зависимости пьезоэлектрических модулей кристаллов ниобата и танталата лития и построены их графики для срезов, используемых при изготовлении пластин с бидоменной сегнетоэлектрической структурой. Стационарным внешним нагревом и длительным отжигом с аутдиффузией лития сформированы бидоменные структурыв круглых пластинах ниобата лития. Методом оптической микроскопии получены зависимости перемещения краев бидоменных кристаллов от угла поворота вокруг нормалей пластин при центральном точечном закреплении и приложении внешнего электрического поля. Проведено моделирование формы деформированной пластины в предположении квадратичной зависимости перемещения краев от радиального расстояния до точки закрепления. Сделан вывод о седлообразном характере деформации бидоменной пластины Y + 128°-среза при приложении постоянной разности потенциалов

Применение радиоактивных изотопов для создания бета−вольтаических генераторов

In this article  we have  analyzed radioactive isotope applications in the technology of autonomous power  supplies and the materials used in radioisotope thermoelectric generators (RTGs), justified  the  advantage of manufacturing betavoltaic generators, compared them with other electric power sources and considered the mechanism of β−decay and positioned it among other types of nuclear transformations. We have  also  drawn  up the  basic radiation safety requirements to the  materials used for the  hull and  the  converter, analyzed some earlier  designs of radioisotope betavoltaic sources and set up a list of isotopes suitable as energy sources in betavoltaic generators. Furthermore, we have  analyzed methods of obtaining radioactive materials which exhibit β−decay, their  basic properties and  abundance in nature. In conclusion, the  choice of nickel−63 isotope has  been selected as preferable for betavoltaic generators due to the optimum combination of half−life, average particle energy and radiation intensity.Рассмотрены особенности применения радиоактивных изотопов при создании автономных источников электропитания. Проведен анализ веществ, используемых в радиоизотопных термоэлектрических генераторах. Обоснована перспективность изготовления бета−вольтаических генераторов, представлено сравнение их с другими  источниками электрического питания. Рассмотрен механизм β−распада и его место среди других видов ядерных превращений. Сформулированы основные требования по радиационной безопасности, а также требования к применяемым материалам корпуса и преобразователя. Рассмотрены некоторые предложенные ранее конструкции радиоизотопных бета−вольтаических источников. Приведен перечень изотопов, возможных для применения в качестве источника энергии в бета−вольтаическом генераторе. Рассмотрены методы получения радиоактивных материалов, демонстрирующих β−распад, их основные свойства и природные изотопы. Сделан вывод о предпочтительности выбора изотопа никеля−63 для применения в бета−вольтаических генераторах благодаря оптимальному сочетанию времени полураспада, средней энергии частиц и интенсивности излучения

Формирование стабильных индуцированных доменов в области заряженной междоменной границы в ниобате лития с помощью зондовой микроскопии

The influence of a charged domain wall on the formation of the induced domain structures in congruent x-cut lithium niobate crystals (LiNbO3) is studied. By diffusion annealing in air ambient near Curie temperature, as well as infrared annealing in oxygen-free ambient bi- and multidomain ferroelectric structures containing charged domain walls «head-to-head» and «tail-to-tail» were formed. By Kelvin probe mode of atomic force microscopy (AFM) surface potential near the charged domain walls was investigated. We studied surface needle-shaped induced microdomains which were formed in a vicinity of the domain boundary and far from it by applying of voltage to the cantilever being in a contact with the surface of the sample. Dependence of morphology of the induced domain structure on the crystal’s electric conductivity was demonstrated. Screening effect of charged «head-to-head» domain wall on a shape and size of the domain, that was induced near the boundary is shown. We described partition of the single needle-shaped domains formed by AFM cantilever to several microdomains having a shape of several beams based in a common nucleation point. We found an influence of the charged domain wall on the topography of the samples, which consisted in the appearance of a long groove corresponding to the domain boundary after the reducing annealing.Сегнетоэлектрические кристаллы ниобата лития (LiNbO3) c искусственно сформированной доменной структурой находят широкое применение в оптических системах генерации кратных гармоник лазерного излучения, акустооптике, прецизионных актюаторах, датчиках вибрации и магнитного поля, в том числе предназначенных для применения при повышенных температурах, в перспективе — в запоминающих устройствах ЭВМ. Исследовано влияние заряженной междоменной границы на формирование индуцированных доменных структур в конгруэнтных кристаллах ниобата лития (LiNbO3) неполярного x-среза. Методами диффузионного отжига на воздухе вблизи температуры Кюри и инфракрасного отжига в бескислородной среде в образцах были сформированы би- и полидоменные сегнетоэлектрические структуры, содержащие заряженные доменные границы типа «голова-к-голове» и «хвост-к-хвосту». В режиме Кельвин-моды атомно-силового микроскопа (АСМ) исследован поверхностный потенциал в окрестности заряженной междоменной границы. Исследованы приповерхностные клиновидные индуцированные микродомены, сформированные в области заряженной междоменной границы и вдали от нее путем приложения электрического потенциала на кантилевер АСМ, находящийся в контакте с поверхностью кристалла. Продемонстрирована зависимость морфологии индуцированной доменной структуры от электропроводности кристаллов. Показано экранирующее действие заряженной междоменной границы типа «голова-к-голове» на форму и размер домена, индуцированного в непосредственной близости к доменной стенке. Описано разбиение одиночных клиновидных доменов, образующихся при локальной переполяризации кристаллов восстановленного ниобата лития с помощью кантилевера АСМ, на семейства микродоменов, имеющих форму сонаправленных лучей, выходящих из общего центра зарождения. Обнаружено влияние заряженной междоменной границы на топографию образцов, заключающееся в возникновении при восстановительном отжиге протяженного углубления, совпадающего с линией заряженной границы

Clustering of objects with poorly formalizable features based on a neural network in the form of Kohonen layers

Analysis of profiles of minors in social networks shows that teenagers indicate in them information that increases the level of their social desirability. Such information often does not correspond to the real behavior of the teenager. For a full analysis of the level of deviance of a minor need tools covering the full range of indicators. In contrast to the usual approach to clustering objects based on their Association in groups by the criterion of the minimum distance in multidimensional space when clustering features it is advisable to take into account their proximity to the methods of obtaining information and methods of processing of this information by the inspector for minors. In the first phase of the study is the clustering of signs of deviation, the second the determination of the weighting factors of indicator of the degree of deviance within each group of signs, the third uses the method of cluster-hierarchical approach to forming integral indicator of assessment of deviant behavior of minors. The indicator has a considerable flexibility of the correlation between groups of symptoms and partial characteristics through the introduction of appropriate sets of weighting coefficients. The conclusion is made about the preference of methods based on clustering of objects in the two-dimensional space of targets or accounts of the principal components method, as well as the need for additional analysis of the graphical picture of the relative location of objects. From the comparison of different approaches: 1) clustering on the basis of the generalized indicator of quality and the sign of reverse deviance, 2) clustering on two accounts of the principal components method; 3) clustering on all signs of examination, the following conclusions can be drawn. All methods properly allocate the objects to clusters. However, when you save the main totals (highlighting the best and worst features), the results are slightly different. This is due to the different volume and forms of presentation of the source information. The program assigns numbers of active neurons (clusters) arbitrarily, so in order to arrange the cluster numbers by some feature (for example, the quality of objects), you need to use additional graphical information. From a practical point of view, the first two methods are preferred, based on clustering objects in two-dimensional space, the method of principal components and the analysis of the graphical picture of the mutual location of objects