اندازه‌گیری متغیرهای دزیمتری براکی‌تراپی چشمه‌ی کبالت-60 با استفاده از روش شبیه‌سازی مونت کارلوی Geant4 و مقایسه‌ی نتایج با مدل استاندارد چشمه‌ی BEBIG

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم پایه، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 استادیار مهندسی هسته‌ای راکتور، گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم پایه، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 مهندس هسته‌ای، بخش رادیوتراپی انکولوژی، بیمارستان امید، ارومیه، ایران

4 دکتری تخصصی فیزیک، محقق آزاد، ایران

چکیده

مقدمه: براکی‌تراپی برای درمان سرطان در فاصله‌ی کوتاه با تشعشع حاصل از منابع پرتوزای کوچک که کپسول‌گذاری شده‌اند، استفاده می‌شود. در شیوه‌نامه‌ی TG-43، از شدت کرمای هوا (Air kerma)، ثابت آهنگ دز، تابع هندسی چشمه‌ی خطی، تابع دز شعاعی و تابع ناهمسان‌گردی دو بعدی برای محاسبه‌ی توزیع دز حول هر چشمه‌ی خطی براکی‌تراپی استفاده می‌شود. هدف از انجام این مطالعه، محاسبه و به دست آوردن متغیرهای دزیمتری برای چشمه‌ی کبالت-60، با استفاده ازکد Geant4 و مقایسه با محاسبات مرجع انجام شده‌ی چشمه‌ی کبالت BEBIG، بود.روش‌ها: با استفاده از کد Geant4، چشمه‌ی کبالت و فانتوم آب جهت انجام محاسبات دزیمتری، شبیه‌سازی شدند. در این مطالعه، برای پرتوهای گامای حاصل از چشمه‌ی کبالت-60، انرژی متوسط پرتوهای گاما در شبیه‌سازی در نظر گرفته شد.یافته‌ها: نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده به روش مونت کارلوی Geant4 به صورت منحنی‌های توزیع دز و متغیرهای مهم در دزیمتری چشمه‌ی براکی‌تراپی، طبق توصیه‌ی شیوه‌نامه‌ی TG-43U1 با درصد خطای کم به دست آمد. همچنین، کمیت‌های دزیمتری شامل شدت کرمای هوا، تابع دز شعاعی، تابع دز ناهمسان‌گردی دو بعدی برای زاویه‌های 90-0 درجه، ثابت آهنگ دز و چگالی نوری میزان کاهش دز محاسبه شد. مقدار ثابت آهنگ دز (Λ)، cGyh-1U-1 003/0 ± 086/1 به دست آمد.نتیجه‌گیری: محاسبات انجام شده با استفاده از کد Geant4 در مقایسه با داده‌های مرجع چشمه‌ی کبالت BEBIG، توافق خوبی را نشان داد. متغیرهای دزیمتری به دست آمده از شبیه‌سازی بر اساس شیوه‌نامه‌ی TG-43U1 می‌تواند در نرم‌افزارهای طراحی درمان براکی‌تراپی مورد استفاده قرار بگیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Brachytherapy Dosimetry Parameter Measurement for Cobalt-60 Source using Monte Carlo Simulations Geant4, and Comparing the Results with Standard BEBIG Source

نویسندگان [English]

  • Alireza Khazani 1
  • Akbar Abdisaray 2
  • Kamal Mostafanezhad 3
  • Azam Zabihi 4
1 MSc Student, Department of Physics, School of Science, Urmia University, Urmia, Iran
2 Assistant Professor, Department of Physics, School of Science, Urmia University, Urmia, Iran
3 Nuclear Engineer, Department of Radiation Oncology, Omid Hospital, Urmia, Iran
4 PhD in Physics, Independent Researcher, Iran
چکیده [English]

Background: Brachytherapy is used to treat cancer in a short distance with radiation from the radionuclide sources located inside the capsule. This type of treatment is directly treated with direct irradiation, in or near the treatment area; then the dose is continuously delivered to the tumor. In protocol of TG-43, we use air kerma strength, dose rate constant, radial dose function, and anisotropy function to calculate the distribution of doses around any linear source. The purpose of this study was to calculate and obtain dosimetric parameters for the cobalt-60 source, using the Geant4 code, and comparing with the reference calculations of the BEBIG cobalt source.Methods: By using Geant4 code, cobalt source and water phantom were simulated for dosimetry calculations. The average energy of gamma rays in simulation was considered for gamma rays from cobalt-60 source.Findings: The results of simulation performed by Monte Carlo Geant4 method was obtained in the form of dose distribution curves and important parameters in the dosimetry of brachytherapy, according to protocol recommendations of TG-43U1 with low error percentage. Moreover, dosimetric quantities including air kerma intensity, radial dose function, two-dimensional anisotropy function for angles of 0 to 90 degrees, dose rate constant, and optical density reduction were calculated. Dose rate constant was obtained as equal to 1.086 ± 0.003 cGyh-1U-1.Conclusion: Calculations performed with the Geant4 code show a good agreement after comparing with BEBIG cobalt reference data. Dosimetric parameters obtained from the simulation based on the TG-43U1 protocol can be used in brachytherapy treatment design software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Brachytherapy
  • Radiation dosimetry
  • Cobalt

مراجع

  1. Montemaggi P, Trombetta M, Brady L. Brachytherapy: An International Perspective. New York, NY: Springer; 2016.
  2. Yoshioka Y, Itami J, Oguchi M, Nakano. Brachytherapy: Techniques and Evidences. Gateway, Singapore: Springer Singapore; 2019.
  3. Yong JS, Ung NM, Jamalludin Z, Malik RA, Wong JHD, Liew YM, et al. Dosimetric impact of applicator displacement during high dose rate (HDR) Cobalt-60 brachytherapy for cervical cancer: A planning study. Radiat Phys Chem 2016; 119: 264-71.
  4. Gurjar OP, Batra M, Bagdare P, Kaushik S, Tyagi A, Naik A, et al. Dosimetric analysis of Co-60 source based high dose rate (HDR) brachytherapy: A case series of ten patients with carcinoma of the uterine cervix. Rep Pract Oncol Radiother 2016; 21(3): 201-6.
  5. Palmer A, Bradley D, Nisbet A. Physics-aspects of dose accuracy in high dose rate (HDR) brachytherapy: source dosimetry, treatment planning, equipment performance and in vivo verification techniques. J Contemp Brachytherapy 2012; 4(2): 81-91.
  6. Guerrero R, Almansa JF, Torres J, Lallena AM. Dosimetric characterization of the (60)Co BEBIG Co0.A86 high dose rate brachytherapy source using PENELOPE. Phys Med 2014; 30(8): 960-7.
  7. Selvam TP, Bhola S. Technical note: EGSnrc-based dosimetric study of the BEBIG 60Co HDR brachytherapy sources. Med Phys 2010; 37(3): 1365-70.
  8. Badry H, Oufni L, Ouabi H, Hirayama H. A Monte Carlo investigation of the dose distribution for (60)Co high dose rate brachytherapy source in water and in different media. Appl Radiat Isot 2018; 136: 104-10.
  9. Rivard MJ, Coursey BM, DeWerd LA, Hanson WF, Huq MS, Ibbott GS, et al. Update of AAPM Task Group No. 43 Report: A revised AAPM protocol for brachytherapy dose calculations. Med Phys 2004; 31(3): 633-74.
  10. Phillip MD. Brachytherapy: Applications and Techniques. 2nd ed. New York, NY: Springer; 2015.
  11. Khan FM. The physics of radiation therapy. Philadelphia, PA: Lippincott Williams and Wilkins; 2014.
  12. Singh N. Radioisotopes: Applications in physical sciences. Rijeka, Croatia: IntechOpen; 2011.
  13. Podgorsak EB, International Atomic Energy Agency. Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students. International Atomic Energy Agency; 2005.
  14. Geant4 10.6. User Documentation [Online]. [cited 2019 Dec 6]; Available from: URL: https://geant4.web.cern.ch/support/user_documentation
  15. Bahreyni Toossi MT, Ghorbani M, Mowlavi AA, Taheri M, Layegh M, Makhdoumi Y, et al. Air kerma strength characterization of a GZP6 Cobalt-60 brachytherapy source. Rep Pract Oncol Radiother 2010; 15(6): 190-4.
  16. Robert N, Chauhan RP, Oinam A, Rai B. Formulation of normal tissue irradiation volumes in Co-60 and Ir-192 HDR ICBT of Ca cervix using Total Reference Air Kerma (TRAK). Rep Pract Oncol Radiother 2019; 24(6): 568-75.
  17. Ballester F, Granero D, Perez-Calatayud J, Casal E, Agramunt S, Cases R. Monte Carlo dosimetric study of the BEBIG Co-60 HDR source. Phys Med Biol 2005; 50(21): N309-N316.
  18. Granero D, Perez-Calatayud J, Ballester F. Technical note: Dosimetric study of a new Co-60 source used in brachytherapy. Med Phys 2007; 34(9): 3485-8.
  19. Hariri Tabrizi S, Kamali Asl A, Azma Z. Monte Carlo derivation of AAPM TG-43 dosimetric parameters for GZP6 Co-60 HDR sources. Phys Med 2012; 28(2): 153-60.
  20. Papagiannis P, Angelopoulos A, Pantelis E, Sakelliou L, Karaiskos P, Shimizu Y. Monte Carlo dosimetry of 60Co HDR brachytherapy sources. Med Phys 2003; 30(4): 712-21.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 37، شماره 559 - شماره پیاپی 559
بهمن و اسفند 1398
صفحه 1428-1435

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 مرداد 1398
  • تاریخ بازنگری: 11 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار