چکیده

1-مقدمه در میان انواع بیمهای یونیزان درمانی، استفاده از بیم پروتونی درصد موفقیت را به مقدار قابل توجه ای بالا می برد که دلیل این امر خواص فیزیکی برخورد پروتونها با ماده و نحوه اتلاف انرژی آنها داخل بدن طبق مفهوم منحنی براگ می باشد (1). در این روش، بیم پروتونی خارج شده از شتابدهنده ابتدا از نظر انرژی و شکل مدوله شده تا دوز بالا بطور سه بعدی یکنواخت در جهات عرضی و عمقی به تومور برسد (2). در پرتودرمانی با بیم پروتونی در اثر برخورد پروتونها با 1) وسایل سر راه بیم که جهت مدولاسیون استفاده شده ه اند و همچنین با 2) اتمهای تشکیل دهنده بدن بیمار، ذرات و پرتوهای ثانویه ای تولید می شوند. یکی از این ذرات ثانویه تولید شده نوترونها می باشند که بدون بار هستند و می توانند تا عمق زیادی در بدن بیمار در جهات مختلف نفوذ داشته باشند (3). لازم به ذکر است تولید و حضور نوترونها در اتاق درمان همواره یکی از نگرانی های اصلی در پرتودرمانی با بیم پروتونی می باشد (4). چنانچه نوترونی در خارج از بدن بیمار تولید شود به نوترون خارجی معروف است و چنانچه این نوترون داخل بدن تولید شود به آن نوترون داخلی گویند. تاکنون مطالعات زیادی روی اثر نوترونهای خارجی در موضوع حفاظت در برابر اشعه و راههای محافظت بیمار انجام شده است ولی مطالعه روی نوترونهای داخلی محدود است (5). در این تحقیق در قالب یک ارزیابی کمی به بررسی حضور و شار نوترون های ثانویه ای پرداخته ایم که داخل بدن تولید شده اند در حجم تومور و همچنین بافت سالم اطراف آن تولید شده اند. 2-روش انجام تحقیق 2-1- شبیه سازی با استفاده از کد مونت کارلویی فلوکا: برای انجام این تحقیق از محیط شبیه سازی با استفاده از کد مونت‌کارلویی FLUKA (نسخه 2011) استفاده‌ شده است. طراحی و توسعه این کد در دو مرکز CERN در سوییس و مرکز INFN در ایتالیا صورت گرفته است (6-7). از کد مونت‌کارلویی فلوکا در محاسبات و بررسی تعاملات ذرات با ماده در طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی در حفاظ سازی، شتاب دهی هادرون‌ها، کالری متری، فعال‌سازی نوترونی، دوزیمتری، طراحی آشکارسازها، بررسی اشعه های کیهانی، پرتودرمانی و غیره استفاده می‌شود. در این تحقیق، از فانتوم مکعبی معادل بافت نرم بدن با ابعاد 20*20*20 سانتیمتر استفاده شده است و یک تومور کروی با شعاع 2.5 سانتیمتر در عمق 11 تا 16 سانتمیتری فانتوم معادل بافت نرم در نظر گرفته شده است. در فرایند شبیه سازی از 5 میلیون ذره پروتون به عنوان بیم تابشی استفاده گردیده است تا خطای عدم قطعیت محاسبات در محدوده قابل قبول زیر 5 درصد باشد. 2-2-سیستم تحویل بیم درمانی پروتونی به روش پاسیو: امروزه یکی از روشهای مدولاسیون بیم که بصورت کلینیکی استفاده می شود، استراتژی تحویل بیم پاسیو (غیر فعال) می باشد. در این روش، از وسایل پاسیو سر راه بیم استفاده می شود تا مدولاسیون روی انرژی و توزیع فضایی ذرات پروتون صورت گیرد. در نهایت وسایل گفته شده منجر به تحویل دوز بطور یکنواخت در راستای سه بعد روی حجم تومور می شوند. در این تحقیق از مدولاسیون انرژی ذرات پروتونی برای ایجاد ناحیه فلت استفاده شده است. 3-نتایج و بحث شکل 1 پروفایلهای توزیع دوز ناشی از بیم درمانی پروتونی را در فانتوم معادل بافت نرم بدن را بصورت دو بعدی نشان می دهند. همان طور که در هر دو شکل دیده می شود، توزیع دوز روی حجم تومور از یکنواختی مناسبی برخوردار است. بعد از ورود پروتونها با فانتوم معادل بافت نرم بدن، عمده آنها انرژی خود را در فرایند یونیزاسیون از دست میدهند. اما تعدادی از ذرات پروتون، برخورد غیر کشسان با هسته اتمهای تشکیل دهنده فانتوم داشته و منجر به ساطع شدن نوترون یا پروتونی از هسته ایروتوپ تولید شده می شود. لازم به ذکر است سطح مقطع برخورد پروتونها با عناصر تشکیل دهنده فانتوم بافت نرم در تولید رادیوایزوتوپها و انتشار نوترونها موثر هستند. تمرکز اصلی در این تحقیق روی اندازه گیری نوترونهای داخلی است که عملا امکان اندازه گیری و سنجش آنها بصورت آزمایشگاهی و با استفاده از آشکارسازهای نوترونی پیچیده است. بنابراین، محیط شبیه سازی این امکان را فراهم می کند تا بتوان از میزان تولید و دوز ناشی از آنها اطلاعات کمی حاصل کرد. شکل 1) پروفایل دو بعدی اتلاف انرژی پروتونها در فانتوم طبق منحنی Spread Out Bragg Peak با ناحیه فلت مناسب روی حجم تومور جدول 1 شامل اندازه گیریهای مربوط به شار ذرات نوترونی تولید شده در داخل حجم تومور کروی شکل می باشند که به بیرون از تومور رفته اند. همچنین نوترونهای کل که از فانتوم معادل بافت نرم بدن به بیرون منتقل شده اند نیز در این جدول آمده است. جدول 1) شار نوترونهای تولیدی داخل و بیرون تومور تعداد کل نوترونهای ثانویه عبوری به ازا هر ذره پروتون فرودی (#n/primary) تعداد نوترونهای ثانویه عبوری در واحد سطح به ازا هر ذره پروتون فرودی (#n/cm2.primary) مرز نوترونهای عبوری 0.03409 0.0004343 از تومور به بافت سالم اطراف 0.09838 0.00001229 از فانتوم به بیرون همانطور که مشاهده می شود شار نوتورنهای عبوری از تومور بیشتر از شار عبوری از فانتوم به بیرون می باشد. همچنین، اتلاف انرژی نوترونهای داخلی نسبت به پروتونها به عنوان ذرات تشکیل دهنده اولیه بیم درمانی ناچیز و این اتلاف انرژی در بافت نرم بیشتر می باشد. دلیل این امر پایین بودن عدد اتمی موثر فانتوم معادل بافت نرم بدن می باشد.. اگرچه می توان در محاسبات طرح درمان اثر دوز ناشی از نوتورنها را نیز روی هدف لحاظ کرد. مراجع 1 W.D. Newhauser and R. Zhang. The physics of proton therapy. Phys. Med. Biol. 60(8) 2015155-209. 2 A.Lomax. Intensity modulation methods for proton radiotherapy. Phys. Med. Biol. 44 1999 185- 3 R. Hälg, U. Schneider. Neutron dose and its measurement in proton therapy-current State of Knowledge. Br. J. Radiol. 93 2020 20190412. 4 U. Schneider, R. Hälg, The Impact of Neutrons in Clinical Proton Therapy. Front. Oncol. 5 2015 235. 5 X. Yan, U. Titt, A.M. Koehler, W.D. Newhauser. Measurement of neutron dose equivalent to proton therapy patients outside of the proton radiation field. Nucl. Instrum. Meth. A. 476 2002 429–34. 6 A. Fasso, et al. FLUKA: a multi-particle transport code, CERN (2005). 7 TT. Böhlen, et al. The FLUKA code: developments and challenges for high energy and medical applications. Nuc. data sheets. 120 2014 211-4.

کليدواژه ها

اندازه گیری، نوترون ثانویه، پرتودرمانی، بیم پروتونی

کد مقاله / لینک ثابت به این مقاله

برای لینک دهی به این مقاله، می توانید از لینک زیر استفاده نمایید. این لینک همیشه ثابت است :

نحوه استناد به مقاله

در صورتی که می خواهید در اثر پژوهشی خود به این مقاله ارجاع دهید، به سادگی می توانید از عبارت زیر در بخش منابع و مراجع استفاده نمایید:
, 1400 , اندازه گیری نوترونهای ثانویه تولید شده در پرتودرمانی با بیم پروتونی، یک مطالعه شبیه سازی , ششمین کنفرانس(مجازی) سنجش و ایمنی پرتوهای یونساز و غیر یونساز

دیگر مقالات این رویداد

بررسی اثر تریاژ تنفسی در در خواست سی تی اسکن های مثبت ریه در دو دوره پیک و دوره بدون شیوع گسترده کرونا

پرتوهای یونساز

بررسی امکان اندازگیری رادن با استفاده از آشکارساز سوسوزن

محاسبه مونت کارلوی فعال‌سازی نوترونی چشمه نوترون کرمان

توجیه پذیری تصویربرداری از انسان با اهداف غیرپزشکی، مطالعه موردی کاوشگر بدن

پرتوهای یونساز

تخمین دوز اندام در توموگرافی کامپیوتری با استفاده از مدولاسیون جریان تیوب: شبیه سازی مونت کارلو

ارزیابی حفاظتی کامپوزیت پلی اتیلن-اکسید بیسموت جهت بکارگیری در مراکز رادیوگرافی دندان

ارزیابی میزان دوز و ایمنی ارگان های پرخطر در براکی تراپی چشم با نانوذره طلا