بررسی تأثیر میدان مغناطیسی بر توزیع دُز تشعشعی در رادیوتراپی با استفاده از باریکه های فوتونی و الکترونی شتابدهنده های خطی درمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک پزشکی، دانشکده ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، اهواز، ایران

2 مرکز تحقیقات سرطان، دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، اهواز، ایران

3 گروه انکولوژی بالینی، دانشکده ی پزشکی، بیمارستان گلستان، دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، اهواز، ایران

4 گروه تکنولوژی پرتوشناسی، دانشکده ی پیراپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، اهواز، ایران

10.32592/JSMJ.22.4.425

چکیده

مقدمه:زمینه و هدف میدانهای مغناطیسی میتوانند در پرتودرمانی، برای کاهش آلودگی الکترونی و بهبود دقت تحویل دُز به کار روند. همچنین،
سیستمهای MRIgRT با استفاده از میدانهای مغناطیسی، موقعیت تومور را در طول درمان ردیابی میکنند و دُز ناشی از پرتوهای الکترونی
را بهطور دقیق بهسمت تومور هدایت میکنند که به بهبود نتایج درمان و کاهش عوارض جانبی منجر میشود.
روش بررسی از کد مونت کارلو 6.1MCNP برای شبیهسازی C/D 2100LINAC Varian در دو حالت فوتونی و الکترونی استفاده شد.
منحنیهای درصد دُز عمقی، پروفایلهای دُز و شار الکترونهای آلودهکننده و فوتون محاسبه شد. نیمسایهی پروفایل دُز و اختلاف دُز برای
حالتهای مختلف محاسبه شدند. همچنین، در بخش دوم مطالعه، میدان مغناطیسی طولی ثابت 5 / 1 تسلا به فانتوم آب اعمال شد که با
جهت پرتو تابش مطابقت دارد.
یافته ها منحرفکنندهی مغناطیسی ) MD ( باعث کاهش 3 / 8 درصد از دُز سطح و 5 / 6 درصد از نیمسایهی دُز پروفایل در سطح فانتوم آب
شد. منحرفکنندهی مغناطیسی تمام الکترونهای آلودهی موجود در سر دستگاه را در میدان تابشی حذف میکند، بدون اینکه هیچ تأثیری
بر تعداد فوتونها بگذارد. اعمال میدان مغناطیسی طولی 5 / 1 تسلا باعث افزایش 4 درصدی دُز در ناحیهی عمق دُز حداکثر و کاهش
20 درصدی نیمسایه و 57 درصدی دُز خارج از محور در عمق دُز بیشینه شد.
نتیجه گیری منحرفکنندهی مغناطیسی باعث کاهش دُز سطحی، دُز خارج از محور و نیمسایهی پروفایلهای دُز سطحی میشود. میدان
مغناطیسی طولی باعث کاهش نیمسایه و دُز خارج از محور در پرتوهای الکترونی شد.
میدان‌های مغناطیسی می‌توانند در پرتو درمانی برای کاهش آلودگی الکترونی و بهبود دقت تحویل دز استفاده شوند همچنین سیستم‌های MRIgRT با استفاده از میدان‌های مغناطیسی، موقعیت تومور را در طول درمان ردیابی می‌کنند و دز ناشی از پرتوهای الکترونی را به طور دقیق به سمت تومور هدایت می‌کنند که منجر به بهبود نتایج درمان و کاهش عوارض جانبی می‌شود.
مواد و روش‌ها:
از کد مونت کارلو MCNP 6.1 برای شبیه‌سازی LINAC Varian 2100 C/D در دو حالت فوتونی و الکترونی استفاده شد. منحنی‌های درصد دز عمقی، پروفایل‌های دوز و شار الکترون‌های آلوده‌کننده و فوتون محاسبه شد. نیم‌سایه پروفایل دوز و اختلاف دوز برای حالت‌های مختلف محاسبه شدند. همچنین در بخش دوم مطالعه، میدان مغناطیسی طولی ثابت 5/1 تسلا به فانتوم آب اعمال شد که با جهت پرتو تابش مطابقت دارد.
یافته‌ها:
مغناطیسی (MD) باعث کاهش 3/8% دوز سطح و 5/6 % نیم سایه دوز پروفایل در سطح فانتوم آب شد. منحرف کننده مغناطیسی کلیه الکترون‌های آلوده سر دستگاه را در میدان تابشی حذف می‌کند بدون اینکه هیچ تاثیری بر روی تعداد فوتون‌ها بگذارد. اعمال میدان مغناطیسی طولی 5/1 تسلا باعث افزایش 4٪ دوز در ناحیه عمق دوز حداکثر و کاهش 20٪ نیم سایه و 57٪ دوز خارج از محور در عمق دوز بیشینه شد.
نتیجه‌گیری:
منحرف کننده مغناطیسی باعث کاهش دز سطحی، دز خارج از محور و نیم سایه پروفایل های دز سطحی می شود. میدان مغناطیسی طولی باعث کاهش نیم سایه و دوز خارج از محور در پرتوهای الکترونی شد.

تازه های تحقیق

Morteza Hashemizadeh [PumMed] [Google Scholar]

Mansour Zabihzadeh [PumMed] [Google Scholar]

 Hojatollah Shahbazian [PumMed] [Google Scholar]

 Jafar Fatahi-Asl [PumMed] [Google Scholar]

 Marziyeh Reshadatian [PumMed] [Google Scholar]

کلیدواژه‌ها


[1] Semwal M. Khan's the physics of radiation therapy. 6th ed. Wolters Kluwer (India) Pvt. Ltd., New Delhi; 2020.P.134. [DOI: 10.4103/jmp.JMP_17_20] [PMCID] [2] Kueng R, Oborn BM, Roberts NF, Causer T, Stampanoni MFM, Manser P, et al. Towards MR-guided electron therapy: Measurement and simulation of clinical electron beams in magnetic fields. Physica Medica. 2020;78:83-92. [DOI: 10.1016/j.ejmp.2020.09.001] [PMID] [3] Parsai EI, Shvydka D, Pearson D, Gopalakrishnan M, Feldmeier JJ. Surface and build-up region dose analysis for clinical radiotherapy photon beams. Applied Radiation and Isotopes. 2008;66(10):1438-42. [DOI: 10.1016/j.apradiso.2008.02.089] [PMID] [4] Mesbahi A, Mehnati P, Keshtkar A. A comparative Monte Carlo study on 6MV photon beam characteristics of Varian 21EX and Elekta SL-25 linacs. International Journal of Radiation Research. 2007;5(1):23-30. [Link] [5] Medina AL, Teijeiro A ,Salvador F, Medal D, Vazquez J, Salgado M, et al. Comparison between TG-51 and TRS-398: electron contamination effect on photon beam-quality specification. Physics in Medicine and Biology. 2004;49(1):17-32. [DOI: 10.1088/0031-9155/49/1/002] [PMID] [6] Yani S, Dirgayussa IGE, Rhani MF, Soh RCX, Haryanto F, Arif I. Monte Carlo study on electron contamination and output factors of small field dosimetry in 6 MV photon beam. Smart Science. 2016;4(2):87-94. [DOI: 10.1080/23080477.2016. 1195609] [7] Damrongkijudom N, Oborn B, Butson M, Rosenfeld A. Measurement of magnetic fields produced by a "magnetic deflector" for the removal of electron contamination in radiotherapy. Australasian physical & engineering sciences in medicine. 2006;29(4):321-7. [DOI: 10.1007/BF03178398] [PMID] [8] Zhu TC, Palta JR. Electron contamination in 8 and 18 MV photon beams. Medical physics. 1998;25(1):12-9. [DOI: 10. 1118/1.598169] [PMID] [9] Sjögren R, Karlsson M. Electron contamination in clinical high energy photon beams. Medical physics. 1996;23(11):1873-81.
[DOI: 10.1118/1.597750] [PMID] [10] Yano M, Araki F, Ohno T. Geant4 Monte Carlo investigation of the magnetic field effect on dose distributions in low-density regions in magnetic resonance image-guided radiation therapy. Physica Medica. 2019;68:17-34. [DOI: 10.1016/j.ejmp. 2019.11.005] [PMID] [11] Mutic S, Dempsey JF. The ViewRay System: Magnetic Resonance–Guided and Controlled Radiotherapy. Seminars in Radiation Oncology. 2014;24(3):196-9. [DOI: 10.1016/j.semradonc.2014. 02.008] [PMID] [12] Roberts DA, Sandin C, Vesanen PT, Lee H, Hanson IM, Nill S, et al. Machine QA for the Elekta Unity system: A Report from the Elekta MR-linac consortium. Medical physics. 2021;48(5):e67-e85. [DOI: 10.1002/mp.14764] [PMID] [PMCID] [13] Weinhous MS, Nath R, Schulz RJ. Enhancement of electron beam dose distributions by longitudinal magnetic fields: Monte Carlo simulations and magnet system optimization. Medical physics. 1985;12(5):598-603. [DOI: 10.1118/1.595681] [PMID] [14] Bielajew AF. The effect of strong longitudinal magnetic fields on dose deposition from electron and photon beams. Medical physics. 1993;20(4):1171-9. [DOI: 10.1118/1.597149] [PMID] [15] Litzenberg DW, Fraass BA, McShan DL, O'Donnell TW, Roberts DA, Becchetti FD, et al. An apparatus for applying strong longitudinal magnetic fields to clinical photon and electron beams. Physics in medicine and biology. 2001;46(5):N105-15.
[DOI: 10.1088/0031-9155/46/5/401] [PMID] [16] Chen Y, Bielajew AF, Litzenberg DW, Moran JM, Becchetti FD. Magnetic confinement of electron and photon radiotherapy dose: a Monte Carlo simulation with a nonuniform longitudinal magnetic field. Medical physics. 2005;32(12):3810-8. [DOI: 10.1118/1.2011091] [PMID] [17] Ghila A, Steciw S, Fallone BG, Rathee S. Experimental verification of EGSnrc Monte Carlo calculated depth doses within a realistic parallel magnetic field in a polystyrene phantom. Medical Physics. 2017;44(9):4804-15. [DOI: 10.1002/ mp.12413] [PMID] [18] Goorley T, James M, Booth T, Brown F, Bull J, Cox LJ, et al. Initial MCNP6 Release Overview. Nuclear Technology. 2012;180(3): 298-315. [DOI: 10.13182/NT11-135] [19] Goorley T. MCNP6. 1.1-beta release notes. LA-UR-14-24680; 2014. [Link] [20] Bull J. Magnetic Field Tracking Features in MCNP6. LA-UR-11-00872, Los Alamos National Laboratory; 2011. [Link] [21] Kelner SR, Prosekin AY, Aharonian FA. Synchro-curvature radiation of charged particles in the strong curved magnetic fields. The Astronomical Journal. 2015;149(1):33. [DOI: 10. 1088/0004-6256/149/1/33] [22] Oborn BM, Gargett MA, Causer TJ, Alnaghy SJ, Hardcastle N, Metcalfe PE, et al. Experimental verification of dose enhancement effects in a lung phantom from inline magnetic fields. Radiotherapy and oncology : journal of the European Society for Therapeutic Radiology and Oncology. 2017;125(3):433-438. [DOI: 10.1016/j.radonc.2017.09.012] [PMID] [23] Alnaghy SJ, Begg J, Causer T, Alharthi T, Glaubes L, Dong B, et al. Technical Note: Penumbral width trimming in solid lung dose profiles for 0.9 and 1.5 T MRI-Linac prototypes. Medical physics. 2018;45(1):479-87. [DOI: 10.1002/mp.12680] [PMID]