نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی هسته ای - دانشکده مهندسی انرژی - دانشگاه صنعتی شریف

2 گروه پژوهشی تصویربرداری و دستگاه وری - پژوهشکده کاربرد پرتوها - پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

10.24200/nst.2021.734.1498

چکیده

پروتون درمانی به عنوان یک روش پرتودرمانی نوین و با پوشش بهتر هدف در مقایسه با روش های معمول شناخته می شود. در مطالعه حاضر، یک مدل کامل مونت‏ کارلوی GATE توسعه داده شده و سپس برای یک نازل پروتون با پراکندگی دوگانه اعتبارسنجی خواهد شد. به ‏همین منظور، یک نازل درمانی با پراکندگی دوگانه در بسته شبیه‏ ساز GATE مدل‏ سازی شد. همواری و تقارن باریکه پروتونی، دز مؤثر نوترون های ثانویه و عملکرد دزیمتری ارزیابی و مشخص شدند. همواری باریکه پروتونی %98/6 در لبه دریچه برای اندازه میدان cm2 7×7 مشاهده شد. همواری باریکه در لبه میدان درمانی برای مدل بدون پراکنده ‏ساز دوم اندکی تضعیف می‏ شود در حالیکه برای مدل با پراکنده ‏ساز دوم تقریباً ثابت می‏ ماند. در مقایسه با مدل بدون پراکنده ساز دوم، مدل پراکندگی دوگانه منجر به 1/3 برابر افزایش دز نوترون برای نیکل به ‏عنوان ماده بهینه برای کولیماتور/دریچه می ‏شود. به‏ علاوه، با استفاده از کدهای GATE و MCNPX، پهنای تعدیل شده باریکه cm 3/50 با لبه انتهایی در عمقی برابر با cm 7/86 در آب شکل گرفت. مدل GATE در توافق قابل قبولی با نتایج MCNPX بوده است. یافته‏ ها نشان می‏ دهند که مدل GATE توسعه ‏داده شده منجر به شبیه سازی سریع و دقیق سامانه پروتون درمانی با پراکندگی غیرفعال می‏ شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A comprehensive GATE Monte Carlo model for a double scattering proton treatment nozzle

نویسندگان [English]

  • Elham Piruzan 1
  • Naser Vosoughi 1
  • Hojjat Mahani 2

1 Nuclear Engineering Group, Department of Energy Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

2 Radiation Applications Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI)

چکیده [English]

Proton beam therapy (PBT) is a modern radiotherapy technique characterized by superior target coverage compared to conventional modalities. In this work, a comprehensive GATE Monte Carlo model was developed and then validated for a double scattering proton treatment nozzle. To this aim, a double scattering treatment nozzle was modeled in the GATE toolkit. Proton beam flatness and symmetry, secondary neutron effective dose, and dosimetric performance were characterized. A proton beam flatness of 98.6% was observed at the downstream of the aperture for a 7×7 cm2 field size. The beam flatness deteriorates at the edge of the treatment field for the single scattering model while it remains approximately constant for the double scattering one. In comparison to the single scattering delivery, the second scattering model results in a 1.3 times increase in neutron dose for the nickel, as the optimal collimator/aperture material. Furthermore, a flat beam modulation width of 3.50 cm is formed with a distal edge at 7.86 cm in water using both GATE and MCNPX codes. The GATE model agreed with the MCNPX results. The results show that the constructed GATE model results in a fast and accurate simulation of passive scattering PBT.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Proton therapy
  • Double scattering
  • GATE
  • Monte Carlo
  • MCNPX