Hakan EPİK

Boyuna Manyetik Alanın Proton Işını Doz Dağılımı Üzerine Etkileri

Proton ışını tedavisi olarak da adlandırılan tedavi yöntemi, bir tür radyasyon tedavisi olup, kanser hücrelerinin yok edilmesinde foton yerine pozitif yüklü parçacık olan yüksek enerjili protonları kullanan bir tedavi yöntemidir. Bu yöntemde, protonlar doğrudan belirlenen tümörün hacmi içerisine istenen maksimum dozda odaklanarak kritik organların ve tümörü çevreleyen sağlıklı dokunun korunmasını arttırır. Bu çalışmada, proton demetine paralel 0-10 T büyüklüğünde homojen boyuna manyetik alanlar çalışılmıştır. Boyuna manyetik alanın, 15-250 MeV enerjili proton demetinin Bragg pikleri ve üç boyutlu doz dağılımı üzerine etkisi Geant4 tabanlı “GEANT4 based Architecture for Medicine-Oriented Simulations” (GAMOS) Monte Carlo kodu ile hesaplanmıştır. Sonuçlar, Bragg peak konumlarının boyuna manyetik alandan bağımsız olduğunu ve boyuna manyetik alanın proton demetinin doku içersinde geniş bir alana saçılmasını engelleyerek doz dağılımı daha homojen ve daha etkin hale getirdiğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Proton ışın tedavi, GAMOS, boyuna manyetik alan

Effects of Longitudinal Magnetic Field on Dose Disribution of Proton Beam

This method, also called proton beam therapy, is a type of radiation therapy that uses high-energy protons, positively charged particles, instead of photons. In this method, protons are focused directly into the target tumor volume with desired maximum dose, maximally providing the protection of critical organs and healthy tissue surrounding the tumor. In this study, intensity of 0- 10 T homogeneous longitudinal magnetic fields parallel to the proton beam were studied. The effect of the longitudinal magnetic field on the Bragg peaks and three-dimensional dose distribution of the proton beams with 15-250 MeV energies were calculated by the “GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations” (GAMOS) Monte Carlo code. The results showed that Bragg peak locations are independent of the intensity of longitudinal magnetic field. The dose distribution becomes more homogeneous and more effective because the longitudinal magnetic field prevents the proton beam from scattering over a wide range of area in the tissue. Keywords: Proton beam therapy, GAMOS, longitudinal magnetic field

PDF

___

[1] Wilson, R. R., 1946. Radiological use of fast protons. Radiology, Cilt. 47(5), s. 487-491. DOI: 10.1148/47.5.487
[2] Earl, M. A., & Ma, L. 2002. Depth dose enhancement of electron beams subject to external uniform longitudinal magnetic fields: A Monte Carlo study. Medical physics, Cilt. 29(4), s. 484-491. DOI: 10.1118/1.1461374
[3] Bielajew, A. F. 1993. The effect of strong longitudinal magnetic fields on dose deposition from electron and photon beams. Medical physics, Cilt. 20(4), s. 1171-1179. DOI: 10.1118/1.597149
[4] Nardi, Eran, and Gideon Barnea., 1999 Electron beam therapy with transverse magnetic fields, Medical physics, Cilt. 26(6), s. 967-973. DOI: 10.1118/1.598490
[5] Nardi, Eran, and Reinhard Schulte 2000, Confining proton beams with longitudinal magnetic fields: Monte Carlo calculations, Medical physics, Cilt. 27(10) , s. 2369-2371. DOI: 10.1118/1.1308086
[6] Fix, Michael K., et al. 2013 Macro Monte Carlo for dose calculation of proton beams, Physics in Medicine & Biology, Cilt. 58(7) s. 2027. DOI: 10.1088/0031-9155/58/7/2027
[7] Jan, Sébastien, et al. 2004 GATE: a simulation toolkit for PET and SPECT,Physics in Medicine & Biology, Cilt. 49(19), s. 4543. DOI: 10.1088/0031-9155/49/19/007
[8] Arce, Pedro, et al. 2008 GAMOS: A Geant4-based easy and flexible framework for nuclear medicine applications, IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. IEEE, 19-25 October, Dresden 3162-3168.
[9] Dubois, Pedro Arce, et al. 2021 A tool for precise calculation of organ doses in voxelised geometries using GAMOS/Geant4 with a graphical user interface, Polish Journal of Medical Physics and Engineering, Cilt. 27(1), s. 31-40. DOI: 10.2478/pjmpe-2021-0005
[10] Amato, Ernesto, et al. 2020 Full Monte Carlo internal dosimetry in nuclear medicine by means of GAMOS, Journal of Physics: Conference Series, Cilt. 1561(1), s. 012002. DOI: 10.1088/1742-6596/1561/1/012002