اثر ناهمگني بر صحت دزيمتري در پرتودرماني كانفورمال پروستات با استفاده از شبيه سازي مونت كارلو

Effect of Tissue Inhomogeneities on Dosimetric Accuracy of Conformal Radiotherapy of Prostate Cancer Using Monte Carlo Simulation

سابقه و هدف: بدن انسان از بافت‌هاي متنوع ناهمگني با خصوصيات فيزيكي و راديولوژيكي متفاوت تشكيل شده است. توزيع دز به واسطه وجود اين ناهمگني‌ها تغيير مي‌كند و در ميدان‌هاي كانفورمال، احتمال خطاي هندسي در تابش تومور به دليل عدم قطعيت ناشي از اثر ناهمگني در منحني‌هاي هم‌دز، افزايش مي‌يابد. در اين تحقيق، اثر ناهمگني بر صحت دزيمتريكي سيستم طراحي درمان CorPLAN در پرتودرماني كانفورمال پروستات با استفاده از روش شبيه سازي مونت كارلو بررسي شده است. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه تجربي، از دو فانتوم انسان‌گونه همگن و ناهمگن لگن هندسي كاملاً شبيه به هم براي اندازه‌گيري‌هاي تجربي و محاسباتي استفاده شد. طراحي درمان كانفورمال سه‌بعدي (3DCRT) پنج ميداني بر روي تصاوير CT اين فانتوم‌ها در انرژي‌هاي 6 و18 مگاولت با استفاده ازسيستم طراحي درمان تجاري (CorPLAN) موجود در دستگاه شتاب‌دهنده خطي واريان مدل 2100C/D انجام شد. همين نوع طراحي درمان براي همان شرايط به كار رفته در برنامه CorePLAN با استفاده از كد مونت‌كارلوي EGSnrc نيز شبيه سازي شد. توزيع دز به‌دست آمده از شبيه‌سازي مونت‌كارلو با توزيع دز حاصل از سيستم طراحي درمان براي هر دو فانتوم بر مبناي پارامترهاي ميانگين "درصد اختلاف دز" و "فاصله تا توافق" مقايسه شدند. يافته‌ها: نتايج نشان مي‌دهد وجود ناهمگني، سبب افزايش دز حاصل از الگوريتم به كار رفته در سيستم طراحي درمان (CorPLAN) تا 2/8 درصد و 4/4 درصد به ترتيب براي انرژي 6 و 18 مگاولت نسبت به مونت كارلو شده است. ميانگين مقادير DD و DTA براي فانتوم همگن 2/7-mm 3/4 درصد و 1/6-mm 2/3 درصد به ترتيب براي انرژي‌هاي 6 و 18 مگاولت و براي فانتوم همگن 5/5-mm 3/7 درصد و 6/0-mm 2/5 درصد در انرژي هاي مذكور بود. استنتاج: صحت تخمين پارامترهاي دزيمتري توسط سيستم طراحي درمان CorPLAN در انرژي‌هاي 18 مگاولت بيش‌تر از مقادير مربوط در انرژي 6 مگاولتي بود. ليكن، وجود ناهمگني موجب كاهش بيش‌تري در مقدار صحت پارامترهاي دزيمتري برآورد شده توسط اين سيستم طراحي درمان تجاري در انرژي 18 مگاولت مي‌شود.

Background and purpose: The human body is composed of various inhomogenous tissues with a variety of physical and radiological properties. These inhomogeneities could change isodose distributions, increase the probability of geometric errors, and eventually lead to missing of the target irradiation or incorrect isodose coverage in conformal radiation therapy (CRT) due to the uncertainties resulted from the effect of such inhomogeneties on isodose curves. In this study, the effect of inhomogeneities on dosimetric accuracy of the CRT of prostate was investigated using Monte Carlo simulation method. Materials and methods: An anthropomorphic pelvis phantom was used in two modes representing a homogeneous and heterogeneous phantom. Three dimensional (3D) CRT planning composed of five fields were performed on the CT images of the phantoms using the CorPLAN treatment planning system (TPS) of a 2100C/D Varian linac. Delivery of 3DCRT was also simulated by EGSnrc Monte Carlo code for the same conditions used in the CorPLAN TPS. The dose distributions resulted from the MC simulations were compared with those of the CorPLAN TPS for both of the phantoms based on the "dose difference (DD) percentages" and "distance to agreement (DTA)" parameters. Results: Findings indicated that the heterogeneity leads to an overdose estimation at the target location up to 2.8% and 4.4% for the 6 and 18 MV energies, respectively by the CorPLAN TPS compared with the MC simulation data. The average DD and DTA for the homogeneous phantom were 2.7%- 3.4mm and 1.6%-2.3 mm while for the inhomogeneous phantom they were 5.5%-3.7 mm and 6.0%-2.5 mm at the 6 and 18 MV energies, respectively. Conclusion: Our results indicates that the accuracy of the dosimetry parameters estimated by the CorPLAN TPS at 18 MV is more than that of 6 MV energy. But, the heterogeneity deteriorates more the accuracy level of such dosimetry parameters estimated by this commercial TPS at 18 MV energy.