اندازه گیری نوترون‌های ثانویه تولید شده در پرتودرمانی با بیم پروتونی، یک مطالعه شبیه سازی

نوع مقاله : مقاله کنفرانسی

نویسنده

گروه مهندسی هسته‌ای، دانشکده علوم و فناوری‌های نوین، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

در پرتودرمانی با بیم پروتونی در اثر برخورد پروتون‌ها با وسایل سر راه بیم که جهت مدولاسیون استفاده شده‌اند و هم‌چنین با اتم‌های تشکیل‌دهنده بدن بیمار، ذرات ثانویه‌ای تولید می‌شوند که یکی از این آن‌ها نوترون است. تاکنون مطالعات زیادی روی اثر نوترون‌های تولید شده سر راه بیم در موضوع حفاظت در برابر اشعه و راه‌های محافظت بیمار انجام شده است ولی مطالعه روی نوترون‌های تولید شده داخل بدن محدود است. در این تحقیق در قالب یک ارزیابی کمی به بررسی حضور و شار نوترون‌های ثانویه‌ای پرداخته‌ایم که داخل بدن در حجم تومور و هم‌چنین بافت سالم اطراف آن تولید شده‌اند و عملاً امکان اندازه‌گیری و سنجش آن‌ها به‌صورت آزمایشگاهی و با استفاده از آشکارسازهای نوترونی غیرممکن است. برای انجام این تحقیق، از محیط شبیه‌سازی با استفاده از کد مونت‌کارلویی فلوکا استفاده‌ شده است. یک تومور کروی با شعاع 5/2 سانتی‌متر در عمق مشخصی از یک فانتوم مکعبی معادل بافت نرم درنظر گرفته شده است. در این کار، بیم پروتونی به‌عنوان بیم درمانی مطابق با پارامترهای واقعی شبیه‌سازی شده است و توزیع دز ناشی از آن از یکنواختی مناسبی روی حجم تومور برخوردار است. شار نوترونی تولید شده در داخل حجم تومور که به بیرون از تومور رفته‌اند و هم‌چنین نوترون‌های کل که از فانتوم به بیرون منتقل رفته‌اند، اندازه‌گیری شده‌اند که شار نوترون‌های عبوری از تومور بیشتر از شار عبوری از فانتوم به بیرون است. در کل، اتلاف انرژی نوترون‌های داخلی نسبت به پروتون‌ها به‌عنوان ذرات تشکیل‌دهنده اولیه بیم درمانی ناچیز و دلیل این امر پایین بودن عدد اتمی مؤثر فانتوم معادل بافت نرم بدن است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Measurement of secondary neutrons produced at proton therapy, a simulation study

نویسنده [English]

  • Ahmad Esmaili Torshabi
Nuclear Engineering Group, Faculty of Sciences and Modern Technologies, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده [English]

At proton therapy due to protons interaction with devices located in front of the beam and used for modulation and also with patient body atoms, secondary particles are produced such as neutrons. Until now, many research studies have been done working on the topics of radiation protection and keeping patient body safe against secondary neutrons produced in front of the therapeutic beam, but there are rare studies on neutrons produced inside patient body. In this research, we have quantitatively investigated the presence and neutrons flux inside tumor volume and surrounding soft tissues, while their measurements is impossible experimentally using neutrons detectors. To do this investigation, a simulation environment has been used by means of Monte Carlo FLUKA code. A spherical tumor with 2.5 cm radius has been assumed inside a cubic phantom assigned with soft tissue equivalent matter. In this work, proton as therapeutic beam has been simulated with the parameters used clinically while there are uniform dose distribution onto tumor volume at all dimensions. Neuron flux between tumor and normal tissues borders and also the number of total neutrons exited from patient body have been calculated. In general, energy deposition of neutrons produced inside patient body is very low in comparison with energy deposition of protons as therapeutic beam and this is due to low effective atomic number of soft tissue equivalent phantom.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radiotherapy
  • proton beam
  • secondary particles
  • neutrons
  • Measurement
  1. R. L. Siegel, K. D. Miller, A. Jemal. Cancer statistics. CA. Cancer J. Clin. 70 (2020) 7-30.
  2. A. Badey, A. Barateaue, N. Delaby. Overview of adaptive radiotherapy in 2019: From implementation to clinical use. Cancer Radiother. 23 (2019) 581-591.
  3. A. Webster, A. L. Appelt, G. Eminowicz. Image-Guided Radiotherapy for Pelvic Cancers: A Review of Current Evidence and Clinical Utilisation. Clin. Oncol. 32 (2020) 805-816.
  4. S. Sampath. Treatment: Radiation Therapy. Cancer Treat. Res. 170 (2016) 105-118.
  5. W. D. Newhauser, R. Zhang. The physics of proton therapy. Phys. Med. Biol. 60 (2015) 155-209.
  6. R. R. Wilson. Radiological use of fast protons. Radiology. 47 (1946) 487-91.
  7. V. Verma, M. V. Mishra, M. P. Mehta. A systematic review of the cost and cost-effectiveness studies of proton radiotherapy. Cancer. 122 (2016) 1483-501.
  8. M. Chuong, S. N. Badiyan, M. Yam, Z. Li, K. Langen, W. Regine, C. Morris, J. Snider III, M. Mehta, S. Huh, M. Rutenberg, R. C. Nichols. Pencil beam scanning versus passively scattered proton therapy for unresectable pancreatic cancer. J. Gastrointest. Oncol. 9 (4) (2018) 687-693.
  9. G. Zhang, J. Wang, Y. Wang, H. Peng. Proton FLASH: passive scattering or pencil beam scanning?. Phys. Med. Biol. 66 (2021) 03NT01. 
  10. R. Hälg, U. Schneider. Neutron dose and its measurement in proton therapy-current State of Knowledge. Br. J. Radiol. 93 (2020) 20190412.
  11. U. Schneider, R. Hälg. The Impact of Neutrons in Clinical Proton Therapy. Front. Oncol. 5 (2015) 235.
  12. X. Yan, U. Titt, A. M. Koehler, W. D. Newhauser. Measurement of neutron dose equivalent to proton therapy patients outside of the proton radiation field. Nucl. Instrum. Meth. A. 476 (2002) 429-34.
  13. A. Ferrari, P. R. Sala, A. Fasso, J. Ranft. FLUKA: a multi-particle transport code, CERN, 2005.
  14. T. T. Böhlen, F. Cerutti, M. P. W. Chin, A. Fassò, A. Ferrari, P. G. Ortega, A. Mairani, P. R. Sala, G. Smirnov, V. Vlachoudis. The FLUKA code: developments and challenges for high energy and medical applications. Nuc. data sheets 120 (2014) 211-214.