بررسی تأثیر مشخصات فیزیکی ایمپلانت‌های ستون مهره‌ای بر توزیع دوز نخاع

علی‌نژاد, مرجان; شکرانی, پروانه; عموحیدری, علیرضا; عطارد, مریم

بررسی تأثیر مشخصات فیزیکی ایمپلانت‌های ستون مهره‌ای بر توزیع دوز نخاع

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی و کمیته‌ی تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

² دانشیار، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

³ انکولوژیست پرتویی، بخش رادیوتراپی، بیمارستان میلاد اصفهان، اصفهان، ایران

⁴ استادیار، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

مقدمه: در پرتودرمانی، حضور ایمپلانت‌های فلزی بر توزیع دوز تأثیر می‌گذارد. این اثر، علاوه بر انرژی پرتو به نوع، اندازه، جنس و موقعیت قرارگیری ایمپلانت بستگی دارد. در این تحقیق، تأثیر ایمپلانت‌های ستون مهره‌ای بر توزیع دوز در نخاع، توسط شبیه‌سازی Monte Carlo بررسی شد.روش‌ها: شتاب دهنده‌ی انکور، فانتوم آب، فانتوم پلکسی‌گلاس حاوی ستون مهره‌ای و فانتوم پلکسی‌گلاس حاوی ستون مهره‌ای و ایمپلانت‌های میله‌ای توسط کد‌های کاربر BEAMnrc و DOSXYZnrc شبیه‌سازی و اعتبارسنجی شد. اثر حضور ایمپلانت‌ها و تغییر اندازه، جنس و موقعیت ایمپلانت‌ها بر توزیع دوز بررسی شد.یافته‌ها: مقایسه توزیع دوز با و بدون ایمپلانت، نشان دهنده‌ی افزایش دوز ناشی از الکترون‌های برگشتی از سطح فلز تا 5/5 درصد و تا فاصله‌ی mm 4 از سطح فلز بود. بیشترین تضعیف، ناشی از فلز تایتانیوم 9 درصد بود. با کاهش فاصله‌ی بین میله‌ها، افزایش اثر تضعیف و با کاهش فاصله‌ی میله‌ها از نخاع، افزایش دوز در نخاع مشاهده شد. کاهش قطر میله‌ها سبب کاهش تغییرات دوز شد. تغییر جنس ایمپلانت‌ها از تایتانیوم به ویتالیوم و استیل، تضعیف را به میزان 2 برابر افزایش داد.نتیجه‌گیری: آشفتگی دوز ناشی از ایمپلانت، در نخاع قرار گرفته در سایه‌ی فلز به صورت کاهش و در نخاع قرار گرفته بین دو میله، به صورت هم‌افزایش و هم‌کاهش بود. اثر اندازه‌ی ایمپلانت با بزرگ شدن قطر آن و اثر جنس، زمانی که نخاع در سایه‌ی ایمپلانت واقع شود، اهمیت بیشتری می‌یابد. به طور کلی، تأثیر ایمپلانت بر توزیع دوز نخاع، تابعی از اندازه، جنس و موقعیت قرارگیری ایمپلانت است. بنابراین بررسی توزیع دوز برای این بیماران توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effect of Physical Characteristics of Spinal Implants on Spinal Cord Dose Distribution

نویسندگان [English]

Marjan Alinejad ¹
Parvaneh Shokrani ²
Alireza Amouheidari ³
Maryam Atarod ⁴

¹ MSc Student, Department of Medical Physics, School of Medicine AND Student Research Committee, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

² Associate Professor, Department of Medical Physics, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

³ Radiation Oncologist, Department of Radiation Oncology, Milad Hospital, Isfahan, Iran

⁴ Assistant Professor, Department of Medical Physics, School of Medicine, Shahrekord University of Medical Sciences, Shahrekord, Iran

چکیده [English]

Background: In radiotherapy, the presence of metallic implants affects the dose distribution, depending on beam energy and type, size, material and position of the implant. In this study, the effect of spinal implants on dose distribution was evaluated by Monte Carlo simulation.Methods: Oncor accelerator and water phantom, Plexiglas phantom containing spine and Plexiglas phantom containing spine and rod implants were simulated using BEAMnrc and DOSXYZnrc user codes and were validated. The effect of the implant presence, its size material, and location on dose distribution was investigated.Findings: Comparison of dose distributions with and without implants showed an increase of 5.5% in dose up to 4 mm from metal surface, due to the back scattering of electrons. Maximum attenuation in titanium rods was 9%. When the rods were positioned closer to each other, an increase in attenuation was observed. However, dose in spine was increased, when the distance between rods and spine was reduced. Rods with smaller cross section had less effect on dose. Attenuation in vitallium and stainless steel implants were 2 times greater than titanium implants.Conclusion: Depending on the location of implant with respect to spine, dose perturbation due to implants can either increase or decrease the dose in spine. The effect of size and material of implant was more important when spine was located under the implant. Generally, the effect of spinal implant on dose distribution is a function of size, material and position of the implant. Therefore, it is recommended to evaluate the dose distribution for such patients individually.

کلیدواژه‌ها [English]

Spinal implants
Spinal radiation therapy
Dose distribution
Monte Carlo simulation

مراجع

Ghogawala Z, Mansfield FL, Borges LF. Spinal radiation before surgical decompression adversely affects outcomes of surgery for symptomatic metastatic spinal cord compression. Spine (Phila Pa 1976) 2001; 26(7): 818-24.
Carolan M, Dao P, Fox C, Metcalfe P. Effect of hip prostheses on radiotherapy dose. Australas Radiol 2000; 44(3): 290-5.
Maranzano E, Trippa F, Chirico L, Basagni ML, Rossi R. Management of metastatic spinal cord compression. Tumori 2003; 89(5): 469-75.
Dische S, Warburton MF, Saunders MI. Radiation myelitis and survival in the radiotherapy of lung cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1988; 15(1): 75-81.
Ang KK, van der Kogel AJ, van der Schueren E. Lack of evidence for increased tolerance of rat spinal cord with decreasing fraction doses below 2 Gy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1985; 11(1): 105-10.
Wara WM, Phillips TL, Sheline GE, Schwade JG. Radiation tolerance of the spinal cord. Cancer 1975; 35(6): 1558-62.
Pekmezci M, Dirican B, Yapici B, Yazici M, Alanay A, Gurdalli S. Spinal implants and radiation therapy: the effect of various configurations of titanium implant systems in a single-level vertebral metastasis model. J Bone Joint Surg Am 2006; 88(5): 1093-100.
Hunter TB, Yoshino MT, Dzioba RB, Light RA, Berger WG. Medical devices of the head, neck, and spine. Radiographics 2004; 24(1): 257-85.
Ding GX, Yu CW. A study on beams passing through hip prosthesis for pelvic radiation treatment. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2001; 51(4): 1167-75.
Erlanson M, Franzen L, Henriksson R, Littbrand B, Lofroth PO. Planning of radiotherapy for patients with hip prosthesis. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1991; 20(5): 1093-8.
Liebross RH, Starkschall G, Wong PF, Horton J, Gokaslan ZL, Komaki R. The effect of titanium stabilization rods on spinal cord radiation dose. Med Dosim 2002; 27(1): 21-4.
Ozen J, Dirican B, Oysul K, Beyzadeoglu M, Ucok O, Beydemir B. Dosimetric evaluation of the effect of dental implants in head and neck radiotherapy. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2005; 99(6): 743-7.
Papanikolaou N, Battista JJ, Boyer AL, Kappas C, Klein E, Mackie TR, et al. Tissue inhomogeneity corrections for megavoltage photon beams. Madison, WI: Medical Physics Publishing; 2004. p. 1-142.
Kairn T, Crowe SB, Kenny J, Mitchell J, Burke M, Schlect D, et al. Dosimetric effects of a high-density spinal implant. J Phys: Conf Ser 2013; 44(1): 1-4.
Keall PJ, Chock LB, Jeraj R, Siebers JV, Mohan R. Image reconstruction and the effect on dose calculation for hip prostheses. Med Dosim 2003; 28(2): 113-7.
Roberts R. How accurate is a CT-based dose calculation on a pencil beam TPS for a patient with a metallic prosthesis? Phys Med Biol 2001; 46(9): N227-N234.
Rogers DW, Faddegon BA, Ding GX, Ma CM, We J, Mackie TR. BEAM: a Monte Carlo code to simulate radiotherapy treatment units. Med Phys 1995; 22(5): 503-24.
Walters B, Kawrakow I, Rogers DWO. OSXYZnrc users manual. NRCC Report PIRS-794revB; 2011.