تخمین آسیب DNA بافت بدن ناشی از دز تابش‌های یونیزان در میدان‌های بزرگ شتاب‌دهنده خطی 6 مگاولتی فوتونی

نویسندگان

1 دانشگاه تبریز

2 دانشگاه صنعتی شریف

10.22052/5.1.51

چکیده

در این تحقیق با شبیه­سازی کامل شتاب­دهنده واریان توسط کد MCNPX اثر بیولوژیکی نسبی در داخل و خارج میدان­های 6 مگاولتی فوتونی cm2 30×30 و cm2 40×40، با در نظر گرفتن الکترون­های کند در روش تخمین مسیر محاسبه شد. طیف انرژی فوتون­ها و الکترون­های ثانویه در فاصله از محور اصلی شتاب­دهنده و عمق­های مختلف فانتوم آب اندازه­گیری شدند. برای تخمین طیف الکترون­ها در انرژی­های پایین از روش برون­یابی جدیدی استفاده شد. طیف­های الکترونی محاسبه شده با استفاده از کد MCDS، برای محاسبه آسیب بیولوژیکی نسبی شکست دو رشته­ای(DSB) دی ان ای(DNA) به­کار برده شدند. تفاوت آشکاری بین طیف­های فوتونی و الکترونی در داخل و خارج میدان دیده شده است. از نتایج، آسیب بیولوژیکی نسبی در خارج از میدان نسبت به داخل تا حداکثر افزایش 10 درصد مشاهده شده است. مطالعه حاضر نشان داده است که کیفیت پرتو در خارج از میدان تابش تغییر کرده و لازم است که آسیب بیولوژیکی به ازای واحد دز جذب شده محاسبه و در الگوریتم­های طراحی درمان تصحیح فوق لحاظ گردد.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

DNA damage estimation in the large field of 6 MV x-ray LINAC

نویسندگان [English]

  • Ahad Ollah Ezzati 1
  • Hamidreza Khodajou-Chokami 2
  • Mostafa Sohrabpour 2
1
2
چکیده [English]

Recent studies suggest that relative biological damage (RBD) may change from in to out of field regions for 6 MV photon beams. In this study RBD was calculated in and out of field of 30x30 cm2 and 40x40 cm2 6 MV clinical photon beams including low energy slowing down electrons in track length estimated method. Varian 2100C/D linear accelerator was simulated using MCNPX code. Electron and photon spectra at energies higher than 2 keV were collected in a water phantom at different depths and off-axis points. New extrapolation method was used to estimate the electron spectra at energies lower than 2 keV. These spectra were used as an input to MCDS code to calculate the RBD of induced damage in DNA. There was an observable difference in the energy spectra for photons and electrons for points in the primary radiation field and those points out-of-field. RBD increases up to 10% for 10 MV photons in the out-of-field region. This work supports the hypothesis that in megavoltage treatments at regions out-of-field, radiation quality can very enough to have an impact on RBD per unit dose.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radiotherapy
  • Biological damage
  • Monte Carlo
  • Slowing down electrons

مراجع

[1] M.D. Bethesda. Recommendations on limits for exposure to ionizing radiation. National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP), Report No. 91, (1987). [2] I.El Naqa, P. Pater, J. Seuntjens. V Monte carlo role in radiobiological modeling of radiotherapy outcomes. Phys. Med. Biol. 57 (2012) R75-R97. [3] A.M. Kellerer. Electron spectra and the RBE of x rays. Radiat. Res. 158 (2002) 13–22. [4] Y. Hsiao, R. Stewart. Monte Carlo simulation of DNA damage induction by x-rays and selected radioisotopes. Phys Med Biol. 53 (2008) 233-244. [5] L.S. Waters. MCNPX user’s manual. Rev 0, LA-UR. (1999). [6] J. Baro, J. Sempau, J. Fernández-Varea, F. Salvat. PENELOPE: An algorithm for Monte Carlo simulation of the penetration and energy loss of electrons and positrons in matter. Nucl. Instr. and Meth. A, 100 (1995) 31-46. [7] D. Rogers, B. Faddegon, G. Ding, C. M. Ma, J. We, T. Mackie. BEAM: A monte carlo code to simulate radiotherapy treatment units. Med Phys. 22 (1995) 503-524. [8] S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis, H. Araujo, P. Arce, et al. GEANT4-a simulation toolkit. Nucl. Instr. and Meth. A, 506 (2003) 250-303. [9] D. Rogers. Fifty years of Monte Carlo simulations for medical physics. Phys Med Biol. 51 (2006) R287-R301. [10] E. Spezi, G. Lewis. An overview of Monte Carlo treatment planning for radiotherapy, Radiat. Prot. Dosimet. 131 (2008) 123-129. [11] I.J. Chetty, B. Curran, J.E. Cygler, J.J. DeMarco, G. Ezzell, B. A. Faddegon, et al. Report of the AAPM task group no. 105: Issues associated with clinical implementation of monte carlo-based photon and electron external beam treatment planning, Med. Phys. 34 (2007) 4818-4853. [12] H. Paretzke, J. Turner, R. Hamm, R. Ritchie, H. Wright. Spatial distributions of inelastic events produced by electrons in gaseous and liquid water. Radiat. Res. 127 (1991) 121-129. [13] S. Uehara, H. Nikjoo, D. T. Goodhead. Comparison and assessment of electron cross sections for Monte Carlo track structure codes. Radiat Res. 152 (1999) 202-213. [14] V. Semenenko, R. Stewart. A fast Monte Carlo algorithm to simulate the spectrum of DNA damages formed by ionizing radiation. Radiat. Res. 161 (2004) 451-457. [15] H. Nikjoo, D. Emfietzoglou, R. Watanabe, S. Uehara. Can Monte Carlo track structure codes reveal reaction mechanism in DNA damage and improve radiation therapy? Rad. Phys. Chem. 77 (2008) 1270-1279 [16] A.O. Ezzati, Y. Xiao, M. Sohrabpour and M. T. Studenski. The effect of energy spectrum change on DNA damage in and out of field in 10-MV clinical photon beams. Medical & biological engineering & computing (2014) 1-9. [17] A. O. Ezzati. Relative biological damage in and out of field of 6, 10 and 18 MV clinical photon beams. The European Physical Journal Plus 8 (2016) 131-286. [18] C. Kirkby, E. Ghasroddashti, Y. Poirier, M. Tambasco, R.D. Stewart. RBE of kV CBCT radiation determined by Monte Carlo DNA damage simulations. Phys. Med. Biol. 58 (2013) 5693–5704. [19] E. Brunckhorst, E. Gershkevitsh, G. Ibbott. Commissioning of radiotherapy treatment planning systems. Testing for typical external beam treatment techniques. IAEA 1583 (2008) 1-67.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار