نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه هسته‌ای، دانشکده فیزیک ، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

2 گروه مهندسی پزشکی ، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه اصفهان، اصفهان

چکیده

یکی از بهترین روش‌های درمان سرطان کبد پروتون درمانی است. در این تحقیق اجزای اصلی دستگاه پروتون درمانی با سیستم پراکندگی منفعل شامل چرخ تعدیل برد، پراکنده‌ساز شکل یافته و موازی سازها شبیه‌سازی شده‌است. سپس با شبیه سازی پروتون درمانی تومور کبد، مقدار دز جذبی پروتون در بافت سالم کبد و تومورها به‌دست آمده‌است. همچنین دز جذبی ناشی از نوترون ثانویه که خطر ابتلا به سرطان­های ثانویه را افزایش می­دهد، محاسبه شد. به این منظور، با استفاده از روش شبیه‌سازی مونت کارلو و کد MCNPX، فانتوم MIRD در مقابل خروجی دستگاه پروتون درمانی قرارگرفت و دز جذبی بافت سالم و سرطانی کبد محاسبه شد. در شبیه سازی برای درمان تومور در عمق 11 سانتی‌متر و با انرژی چشمۀ 200 مگاالکترون ولت، مقدار دز جذبی پروتون در ناحیۀ توموری Gy/particle 12-10×32/3 به‌دست آمده‌است،که حدود 26/7 برابر دز پروتون جذب شده در بافت سالم کبد است. این نسبت نشان می­دهد که تومور دز بالایی جذب می‌کند در حالی که بافت سالم کمترین دز را دریافت می‌کند. در ادامه، روند مشابهی جهت اندازه‌گیری دز جذبی، برای توموری در عمق6 سانتی‌متر از سطح کبد و با انرژی چشمۀ 180 مگاالکترون ولت انجام شد. طبق نتایج، دز جذب شده ناشی از پروتون در تومور با عمق 6 سانتی‌متر Gy/particle 12-10×94/1 محاسبه شد که 9 برابر دز جذب شده در بافت سالم کبد است. همچنین بیشترین دز نوترون جذب شده در بافت سالم کبد از مرتبۀ Sv 14-10 است که در مقابل اثرات درمانی پروتون درمانی، قابل صرف‌نظر کردن است.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Absorbed dose assessment due to proton and neutron particles in tumoral and healthy tissues of liver in proton-therapy using Monte Carlo method

نویسندگان [English]

  • S Z Moayedian 1
  • A Karimian 2
  • MH Alamatsaz 1

1 Department of Physics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

2 Department of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Proton therapy is one of the best methods of treatment for liver cancer. In this research, the main parts of proton therapy system, with passive scattering nozzle, including range-modulating wheel, energy-compensated contoured scatterer and collimators were simulated. Then the proton absorbed dose in healthy and tumoral tissues was calculated by simulating the proton therapy of liver tumors. Furthermore the secondary neutron dose, that increases the risk of secondary cancers, was calculated. For this purpose, the neutron equivalent absorbed dose in tumor and healthy tissues were calculated. Furthermore, the MIRD phantom was located in front of the output of the proton therapy system. By simulating the proton therapy for tumor in depth of 11 cm in the liver with mean source energy of 200 MeV, the absorbed dose of proton in tumor estimated as 3.32 × 10-12 Gy/particle that is 7.26 times more than proton dose in healthy parts of liver. This ratio showed that tumor absorbs the maximum dose, while the healthy tissue absorbs the minimum dose. In the next step, the same procedure was done with mean source energy of 180 MeV for tumor in depth of 6 Cm. According to the results, the proton absorbed dose in tumor was 1.94 × 10-12 Gy/particle that is 9 times more than proton absorbed dose in healthy tissue. Also the maximum neutron equivalent absorbed dose in healthy tissue is of the order of 10-14 Sv that can be ignorable in comparison with proton treatment effects of proton therapy.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • proton therapy
  • liver cancer
  • dosimetry
  1. D Shin, M Yoon, J Kwak, J Shin, S B Lee, S Y Park, S Park, D Y Kim, and K H Cho, J. of Radiation Oncology Biol. Phys. 74 (2009) 260.
  2. https://www.irnitc.ir, Available on Date )2021( 24 July.
  3. H Paganetti, Med. Biol. 47 (2002) 747.
  4. A S Chadha, J R Gunther, C-E Hsieh, M Aliru, L S Mahadevan, B P Venkatesulu, et al., Radiotherapy and Oncology 133 (2019) 54.
  5. S Kim, B J Min, M Yoon, J Kim, D H Shin, S B Lee, S Y Park, S Cho, and D H Kim, Radiotherapy and Oncology 98 (2011) 335.
  6. P J Taddei, S Krishnan, D Mirkovic, P Yepe;s, and W Newhauser, PMC 1099 (2009) 445.
  7. H Paganetti, “Proton Therapy Physics” Boca Raton: CRC Press/Taylor and Francis, (2007) 289.
  8. A Perez, and W Newhauser, Med. Biol. 54 (2009) 993.
  9. N A A Hashikin, C H Yeong, S Guatelli, B J J Abdullah, K H Ng, A Malaroda, A B Rosenfeld and A C Perkins, Journal of Physics: Conference Series, 694 (2016) 012059.
  10. Department of Radiation Oncology, Francis H Burr Proton Therapy Center, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, M A 02114, USA , Med. Biol. 53 (2008) 1413
  11. D Jette, and W Chen, Med. Biol. 56 (2011) 131.
  12. J Polf, and W Newhauser, Med. Biol. 50 (2005) 385.