محاسبات دزیمتری برای رادیوتراپی با میکروباریکه های تابش سینکروترون در فانتوم آب و معادل سر توسط کد مونت کارلوی Geant4

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران

2 انرژی اتمی ایران

10.22052/5.3.33

چکیده

MRT[1] نوعی روش رادیوتراپی نوین بر پایه اثر دز- حجم می­باشد که در درمان تومورهای مقاوم به تابش، نظیرگلیوما به­ویژه در درمان تومورهای مغز کودکان مورد استفاده قرار می­گیرد. در این تکنیک آرایه‏ای از میکروباریکه‏های موازی و پرشدت اشعه ایکس با ابعاد میکرومتری و توزیع فضایی منقطع به­کارگرفته می‏شوند. پروفایل دز حاصل از چنین چیدمانی، شامل قله‏ها ودره‏ها است. نسبت میان دز قله به دز دره PVDR[2] نامیده می­شود که اصلی­ترین پارامتر دزیمتری و شاخص کیفیت درمانی MRT به­شمار می­رود. مقدار آن در بافت سالم باید حداکثر و در تومور به­منظور جلوگیری از هر نوع ترمیم، حداقل باشد. هدف از این پژوهش بررسی عوامل مؤثر بر این پارامتر است. بدین منظور توزیع سه بعدی دز داخل فانتوم‏­های آب و معادل سر، تحت میکروباریکه‏هایی با ابعاد، فواصل و میدان­های تابش مختلف برای انرژی­های گسسته و طیف انرژی پیوسته ESRF[3] توسط کد Geant4 محاسبه گردید. منحنی­های PVDR، پروفایل‏های توزیع دز عمقی و جانبی نشان دادند که اندازه میدان تابش، انرژی میکروباریکه‏ها، پهنای میکروباریکه‏ها و فواصل بین آن­ها، عمق نفوذ و ترکیب فانتوم در میزان PVDR مؤثر هستند. میزان PVDR با افزایش اندازه میدان پرتودهی، کاهش و با کاهش پهنا و فواصل میکروباریکه‏ها، افزایش می‏یابد. بیش­ترین میزان PVDR برای انرژی keV100 و طیف ESRF حاصل می­گردد. میکروباریکه‏هایی با انرژی keV300 برای فواصل کمتر از µm400 مناسب نیستند. دز دره در ناحیه استخوان برای طیف ESRF در مقایسه با انرژی­های دیگر کاهش می‏یابد که بیانگر اثربخشی درمانی بالاتر است.
 

[1] Microbeam Radiation Therapy

[2] peak-to-valley dose Ratio

[3] European Synchrotron Radiation Facility

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Dose calculations of microbeam radiation therapy (MRT) in water and head equivalent phantoms using GEANT4 simulation

نویسندگان [English]

  • fatemeh Jafari-Razi 1
  • Zafar Riazi 2
  • Dariush Sardari 1
1
2
چکیده [English]

Microbeam radiation therapy (MRT) is an innovative experimental method used for radioresistant tumours such as glioma especially in pediatric cancer. In MRT, the patient is irradiated with arrays of parallel and high-intensity X-ray microbeams. The MRT offers dose profiles consisting of a pattern of peaks and valleys. The peak-to-valley dose ratio (PVDR) is the most important metric determining the effectiveness of MRT. Its value has to be maximized in normal tissue, and minimized in cancerous tissue in order to avoid any recovery. The main aim of this study is to investigate the possible effect of beam parameters on PVDR. To do so, the 3D dose distributions in water and head equivalent phantoms are computed with various microbeam configurations using GEANT4 simulation. The results show that the most promising PVDR are obtained at 100keV and ESRF spectrum. In addition, using a 300keV beam is not suitable for microbeams separation distance below 400μm. By increasing radiation field size, microbeam’s width and their separation, PVDR decreases for all energies. PVDRs in the bone rapidly fall because of the dominant photoelectric phenomenon for such a high-Z material.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microbeam radiation therapy
  • GEANT4
  • Peak to valley dose ratio
  • Dosimetry

مراجع

[1] D.N. Slatkin, P. Spanne, F.A. Dilmanian and M. Sandborg. Microbeam radiation therapy. Med. Phys. 19 (1992) 1395–1400. [2] D.N. Slatkin, P. Spanne, F.A. Dilmanian, J.O. Gebbers and J.A. Laissue. Subacute neuropathological effects of microplanar beams of x-rays from a synchrotron wiggler. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92 (1995) 8783–8787. [3] H.j. Curtis. the use of a deutron microbeam for simulating the the biological effects of heavy cosmic-ray particles. Radiat. Res. Suppl. (1967) 250–257. [4] A. Bouchet, B. Lemasson, G. Le Duc, C. Maisin, E. Brauer-Krisch, E.A. Siegbahn, L. Renaud, E. Khalil, C. Remy, C. Poillot, A. Bravin, J.A. Laissue, E.L. Barbier and R. Serduc. Preferential effect of synchrotron microbeam radiation therapy on intracerebral 9L gliosarcoma vascular networks, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 78 (2010) 1503–1512. [5] J.A. Laissue, N. Lyubimova, H.P. Wagner, D. W, Archer, D. N. Slatkin, M. Di Michiel, C. Nemoz, M. Renier, E, Brauer, P. O. Spanne, J. Gebbers, K, Dixon, H. Blattmann. Microbeam radiation therapy. Proc. Of SPIE, Denver, USA. (1999) 38-45. [6] Y. Prezado, G .Fois, G .Le Duc , A .Bravin. Gadolinium dose enhancement studies in microbeam radiation therapy. Med. Phys. 36 (2009) 3568–74. [7] J. Torres, M.J. Buades, J.F. Almansa, R. Guerrero and A.M. Lallena. Dosimetry characterization of 32P intravascular brachytherapy source wires using MC codes PENELOPE and GEANT4. Med. Phys. 31 (2004) 296–304. [8] J. Spiga, E.A. Siegbahn, E. Brauer-Krisch, P. Randaccio and A. Bravin. The geant4 toolkit for microdosimetry calculations: application to microbeam radiation therapy (MRT). Med Phys. 34(11) (2007) 4322–4330. [9] J. Crosbie, I. DzintarsSvalbe, S.M. Midgley, N. Yagi, P.A. Walton Rogers and R. Lewis. A method of dosimetry for synchrotron microbeam radiation therapy using radiochromic films of different sensitivity. Phys. Med. Biol. 53 (2008) 6861–6877. [10] Z. Bencokova, J. Balosso and N. Foray. Radiobiological features of the anti-cancer strategies involving synchrotron x-rays. J. Synchrotron Radiat. 15 (2008) 74–85. [11] E. Brauer-Krisch, H. Requardt, T. Brochard, M. Renier, J.A. Laissue and A. Bravin. New technology enables high precision multislit collimators for microbeam radiation therapy. Rev. Sci. Instrum. 80 (2009) 074301. [12] I. Martinez-Rovira, J. Sempau, J.M. Fernandez-Varea, A. Bravin and Y. Prezado. Monte Carlo dosimetry for forthcoming clinical trials in x-ray microbeam radiation therapy. Phys. Med. Biol. 55 (2010) 4375–4388. [13] O.K. Harling, K.A. Roberts, D.J. Moulin and R.D. Rogus. Head phantoms for neutron capture therapy Med. Phys. 22 (1995) 579–83. [14] E. Braüer-Krisch, A. Rosenfeld, M. Lerch, M. Petasecca, M. Akselrod, J. Sykora, J. Bartz, M.Ptaszkiewicz, P. Olko, A. Berg, M. Wieland, S. Doran, T. Brochard, A. Kamlowski, G. Cellere, A. Paccagnella, E.A. Siegbahn, Y. Prezado, I. Martínez-Rovira, A. Bravin, L. Dusseau and P. Berkvens. Potential high resolution dosimeters for MRT. AIP Conf. Proc. 1266 (2010) 89–97. [15] E.A. Siegbahn, E. Brauer-Krisch, J. Stepanek, H. Blattmann, J.A. Laissue and A. Bravin. Dosimetric studies of microbeam radiation therapy with Monte Carlo simulations. Nucl.Instrum. Methods A. (2005) 54–58. [16] F. Salvat, J.M. Fernández-Varea, J. Sempau. PENELOPE, a Code System for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport. OECD Nuclear Energy Agency, Issyles-Moulineaux-France, (2003). [17] M. De Felici, R. Felici, M. Sanchez del Rio, C.Ferreto, T. Bacarian and F.A. Dilmanian. Dose distribution from x-ray microbeam arrays applied to radiation therapy: an egs4 monte carlo study. Med Phys. 32(8) (2005) 2455–63. [18] I. Martínez-Rovira, J. Sempau, Y. Prezado. Development and commissioning of a Monte Carlo photon beam model for the forthcoming clinical trials in Microbeam Radiation Therapy. Med. Phys. 39 (2012) 119–131. [19] ICRU. Photon, electron, proton and neutron interaction data for body tissues, with data disk, ICRU Report 46D, Bethesda-Maryland, USA, (1992).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار