بررسي كاهش مقدار عدم قطعيت محاسبات مونت كارلو دوز در شبيه سازي شتاب دهنده خطي باليني Oncor®بااستفاده از تكنيك كاهش واريانس DBS در كدمونت كارلو BEAMnrc

Investigation of Reduction of the Uncertainty of Monte Carlo Dose Calculations in Oncor® Clinical Linear Accelerator Simulation Using the DBS Variance Reduction Technique in Monte Carlo Code BEAMnrc

هدف: مطالعه سودمندي تكنيك كاهش واريانس Directional Bremsstrahlung Splitting (DBS)در كد مونت كارلو BEAMnrc براي شتاب دهنده خطي باليني Oncor® در اندازه ميدان هاي مختلف دو انرژي 6MVو18MV. روش كار و مواد: شتاب دهنده پزشكي Oncor® با استفاده از كد مونت كارلو BEAMnrc در دو انرژي 6MVو18MV در اندازه ميدان هاي مختلف شبيه سازي و با اندازه گيري هاي تجربي در آب صحت آزمايي شد. اين شتاب دهنده سپس در دو انرژي 6MVو18MV با استفاده از تكنيك DBS در اندازه ميدان هاي تابشي مختلف شبيه سازي و دوزيمتري شد، و مقدار سودمندي شار فوتون و الكترون به صورت مطلق و فضايي، و مقدار سودمندي كاهش عدم قطعيت محاسبات مونت كارلو دوز در منحني هاي نسبت دوز عمقي در راستاي محور مركزي (PDD) و نسبت دوز در راستاي محور عرضي ميدان تابشي (Lateral Dose Profile) در شتاب دهنده پزشكيOncor® اندازه گيري و مقايسه شد. يافته ها: با استفاده از تكنيك DBS مقدار شار مطلق الكترون و فوتون به ترتيب 626.8 (6MV) و 983.4 (6MV) و، 285.6 (18MV) و 737.8 (18MV) بار افزايش يافت، مقدار سودمندي شار فضايي الكترون و فوتون 308.6±1.35% (6MV) و480.38 ±0.43% (6MV) ، 153±0.9% (18MV) و462.6±0.27% (18MV) افزايش پيدا كرد. به علاوه با استفاده از تكنيك DBS مقدار سودمندي محاسبات مونت كارلو دوز درصد عمقي به ترتيب قبل از نقطه دوز ماكزيمم و بعد از نقطه دوز ماكزيمم 187.8±0.68% (6MV) و184.6±0.65% (6MV) ، 156±0.43% (18MV)و153±0.37% (18MV) بهبود پيدا كرد، و نيز سودمندي محاسبات مونت كارلو دوز براي منحني دوز پروفايل نيز به طور قابل ملاحظه اي به ترتيب در راستاي محور مركزي تابش و در عرض ميدان تابشي 197±0.66% (6MV) و214.6 ±0.73% (6MV) ،175±0.36% (18MV) و181.4±0.45% (18MV) افزايش پيدا كرد. نتيجه گيري: استفاده از تكنيك كاهش واريانس DBS در شبيه سازي شتاب دهنده خطي باليني Oncor® به طور قابل توجهي شار الكترون و فوتون را در شبيه سازي مونت كارلو كد BEAMnrc افزايش داد و در نتيجه مقدار سودمندي عدم قطعيت محاسبات مونت كارلو دوز را به طور قابل توجهي بهبود بخشيد. لذا به كارگيري تكنيك DBS در شبيه سازي با انواع كدهاي مونت كارلو در كاهش واريانس محاسبات دوز مي تواند بسيار سودمند باشد.

Purpose: To study the benefits of Directional Bremsstrahlung Splitting (DBS) dose variance reduction technique in BEAMnrc Monte Carlo (MC) code for Oncor® linac at 6MV and 18MV energies. Materials and Method: A MC model of Oncor® linac was built using BEAMnrc MC Code and verified by the measured data for 6MV and 18MV energies of various field sizes. Then Oncor® machine was modeled running DBS technique، and the efficiency of total fluence and spatial fluence for electron and photon، the efficiency of dose variance reduction of MC calculations for PDD on the central beam axis and lateral dose profile across the nominal field was measured and compared. Result: With applying DBS technique، the total fluence of electron and photon increased in turn 626.8 (6MV) and 983.4 (6MV)، and 285.6 (18MV) and 737.8 (18MV)، the spatial fluence of electron and photon improved in turn 308.6±1.35% (6MV) and 480.38±0.43% (6MV)، and 153±0.9% (18MV) and 462.6±0.27% (18MV). Moreover، by running DBS technique، the efficiency of dose variance reduction for PDD MC dose calculations before maximum dose point and after dose maximum point enhanced 187.8±0.68% (6MV) and 184.6±0.65% (6MV)، 156±0.43% (18MV) and 153±0.37% (18MV)، respectively، and the efficiency of MC calculations for lateral dose profile remarkably on the central beam axis and across the treatment field raised in turn 197±0.66% (6MV) and 214.6±0.73% (6MV)، 175±0.36% (18MV) and 181.4±0.45% (18MV). Conclusion: Applying dose variance reduction technique of DBS for modeling Oncor® linac with using BEAMnrc MC Code surprisingly improved the fluence of electron and photon، and it therefore enhanced the efficiency of dose variance reduction for MC calculations. As a result، running DBS in different kinds of MC simulation Codes might be beneficent in reducing the uncertainty of MC calculations.