محاسبه فاكتور افزايش دز پرتوهاي ايكس در تومور فرضي نشان دار شده با گادالونيوم، با استفاده از كد Geant4

Calculation of X-ray dose enhancement factor in assumedlabeled tumor by Gd contrast agent using Geant4

زمينه و هدف: به منظور افزايش دز جذبي در ناحيه تومور، از روش فعال سازي فوتوني، با نشاندار كردن تومور به وسيله عناصر فعال ساز سنگين نظير Gd و تابش دهي آن با پرتوهاي ايكس اورتو ولتاژ، استفاده مي شود. در اين روش، اثر فوتوالكتريك در ناحيه تومور غالب بوده كه موجب افزايش دز موضعي خواهد شد. مواد و روش كار: در مدل طراحي شده بر اساس كد كامپيوتريGeant4 به منظور بررسي توزيع دز در نواحي مختلف بافت سالم و تومور فعال شده با عنصر گادالونيوم، چشمه پرتو ايكس به صورت تكفام، سطحي به شكل صفحه اي مدور به شعاع 15 ميليمتر و فانتوم (بافت سالم، تومور فرضي و آشكارسازها) به شكل مكعبي به ضلعcm 13 در نظر گرفته شد. ناحيه آشكار ساز به صورت يك مكعب مستطيل با ابعاد mm3 48×40×40 بود كه از سطح فانتوم تا عمق mm 67/48 ادامه داشته و در امتداد محورهاي x ,y, z تقسيم بندي شد. يافته ها: انرژي بهينه فوتون ها به منظور افزايش حداكثر فاكتور دز جذبي، در ناحيه توموري آغشته به عنصر گادالونيوم، 6/59 كيلو الكترون ولت است. يكنواختي دز در ناحيه ي تومور فرضي، با افزايش غلظت عنصر فعال ساز كاهش يافته ليكن بيشترين يكنواختي دز، در انرژي 5/106 كيلو الكترون ولت ديده مي شد. تغييرات افزايش دز جذبي نسبت به غلظت عنصر فعال‏ساز نشان مي‏دهد كه اين تغييرات در محدوده غلظت mg/ml 8-1، از تابعي خطي پيروي مي كند. نتيجه گيري: بر اساس نتايج حاصل از شبيه سازي در اين تحقيق، دز جذبي در ناحيه توموري پس از اضافه نمودن عنصر فعال ساز با قيد غلظت عنصر فعال ساز و انرژي فوتون، به طور قابل ملاحظه اي نسبت به حالتي كه تومور بارگذاري نشده است، بيشتر است.

Background & Objective: In order to increase the absorbed dose in the tumorous area, photon activation therapy via labeling of tumor by heavy contrast agents such as gadolinium (Gd) and target exposing by ortho-voltage x-rays is used. In this method, the photoelectric effect is dominant in the tumorous area which will lead to the increase of local dose. Material & Methods: By using Geant4 computer code, dose distribution in different areas of normal tissue and Gd element tumor-activated, were obtained. In the designed model, the x-ray source was considered in the shape of a mono energetic and superficial circular plate with the radius of 15mm and the phantom (normal tissue, assumed tumor and detectors) in cubic shape with the side of 13cm. Rectangular cubic shape detector area dimensions’ are 40×40×48 mm3 which continue from phantom surface to a depth of 48.67 mm along x, y and z axes. Result: Optimum energy of photons in order to maximum absorbed dose enhancement factor (DEF) in gadolinium smeared tumorous area is 59.6 keV. By increasing the concentration of contrast agents, the homogeneity of dose distribution in assumed tumorous area is decreased but the greatest homogeneity of dose is seen at 106.5 keV of energy. Increased fluctuations of absorbed dose relative to the contrast agents’ concentration indicate that these changes in the concentration range of 1-8 mg/ml follow the linear function. Conclusion: Based on the simulation results in this study, absorbed dose in tumorous area following addition of contrast agent (Gd) with specifying the concentration and photon energy, is significantly more than when the assumed tumor is not labeled.