محاسبات دزيمتري براي راديوتراپي با ميكروباريكه هاي تابش سينكروترون در فانتوم آب و معادل سر توسط كد مونت كارلوي Geant4

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

MRT نوعي روش راديوتراپي نوين بر پايه اثر دز- حجم مي­ باشد كه در درمان تومورهاي مقاوم به تابش، نظيرگليوما به ­ويژه در درمان تومورهاي مغز كودكان مورد استفاده قرار مي­گيرد. در اين تكنيك آرايه اي از ميكروباريكه هاي موازي و پرشدت اشعه ايكس با ابعاد ميكرومتري و توزيع فضايي منقطع به­ كارگرفته مي شوند. پروفايل دز حاصل از چنين چيدماني، شامل قله ها ودره ها است. نسبت ميان دز قله به دز دره PVDR ناميده مي­شود كه اصلي­ترين پارامتر دزيمتري و شاخص كيفيت درماني MRT به­ شمار مي­رود. مقدار آن در بافت سالم بايد حداكثر و در تومور به­ منظور جلوگيري از هر نوع ترميم، حداقل باشد. هدف از اين پژوهش بررسي عوامل مؤثر بر اين پارامتر است. بدين منظور توزيع سه بعدي دز داخل فانتوم­ هاي آب و معادل سر، تحت ميكروباريكه هايي با ابعاد، فواصل و ميدان­ هاي تابش مختلف براي انرژي­ هاي گسسته و طيف انرژي پيوسته ESRF توسط كد Geant4 محاسبه گرديد. منحني ­هاي PVDR، پروفايل هاي توزيع دز عمقي و جانبي نشان دادند كه اندازه ميدان تابش، انرژي ميكروباريكه ها، پهناي ميكروباريكه ها و فواصل بين آن­ها، عمق نفوذ و تركيب فانتوم در ميزان PVDR مؤثر هستند. ميزان PVDR با افزايش اندازه ميدان پرتودهي، كاهش و با كاهش پهنا و فواصل ميكروباريكه ها، افزايش مييابد. بيش­ترين ميزان PVDR براي انرژي keV100 و طيف ESRF حاصل مي­گردد. ميكروباريكه هايي با انرژي keV300 براي فواصل كمتر از µm400 مناسب نيستند. دز دره در ناحيه استخوان براي طيف ESRF در مقايسه با انرژي­ هاي ديگر كاهش مييابد كه بيانگر اثربخشي درماني بالاتر است.

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.