Radyoterapide Monte Carlo Simülasyonu ile Yüzde Derin Dozların Doğrulanması ve Çeşitli Hasta Dokuları İçin Kütle Zayıflatma Katsayılarının Hesaplanması

Amaç: Bu çalışmanın ilk kısmında, 6 MV ve 18 MV x-ışını foton demeti için deneysel olarak elde edilen yüzde derin doz eğrilerinin, Geant4 Monte Carlo simülasyonu kullanılarak doğrulanması amaçlanmıştır. Buna ek olarak; çalışmanın ikinci kısmında, MATLAB ve XCOM programları kullanılarak, çeşitli insan dokularının ve suyun kütle zayıflatma katsayıları hesap edilerek karşılaştırıldı. Materyal-Metot: Varian Clinac IX lineer hızlandırıcı cihazında deneysel olarak ölçülen merkezi eksen yüzde derin dozları; 6 MV ve 18 MV x-ışını foton enerjileri için 10x10 cm2 ve 30x30 cm2 alan boyutlarında, Monte Carlo simülasyonu (Geant4) ile hesap edilerek doğrulandı. Ek olarak; kan, kemik, yağ dokusu, kas, deri ve suyun kütle zayıflama katsayıları MATLAB ile hesaplanarak, NIST XCOM verileri ile karşılaştırıldı. Bulgular: Geant4 modellemesinin sonuçları, yüzde derin doz eğrileri için deneysel ölçümlerle uyumlu bulundu. Geant4' ün; deneysel sonuçlar ile tutarlılığı, 10x10 cm2 alan büyüklüğünde 6 MV foton enerjisi için daha belirgindi. MATLAB ve XCOM sonuçları arasında; bahsi geçen tüm insan dokuları için kemik hariç hiçbirinde istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmadı (her iki cinsiyette kemik için p=0,039). En düşük medyan yüzde farkı, su ve cilt için sırasıyla %1,23 ve %2,19 olarak hesaplandı. Sonuç: Geant4, tıbbi linaklarda, yüzde derin doz eğrilerini hesaplamak için kullanılabilir. MATLAB ile hesaplanan kütle zayıflatma katsayıları önceki çalışmalarda diğer yazılım programları ile elde edilen sonuçlarla tutarlı bulundu. Bu da, MATLAB'ın çeşitli insan dokularının yanı sıra suyun kütle zayıflama katsayılarını hesap etmek için alternatif bir simülasyon aracı olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Verification Of Percentage Depth-Doses With Monte Carlo Simulation and Calculation Of Mass Attenuation Coefficients For Various Patient Tissues In Radiation Therapy

Objective: First part of this work dedicated to theverification of the percentage depth dose curves that obtainedexperimentally for 6 MV and 18 MV x-ray photon beams viausing Geant4 Monte Carlo simulation. Second part of thisstudy compared the computed mass attenuation coefficientsof various human tissues and water between MATLAB andXCOM.Material-Method: The central-axis percentage depth doses ofVarian Clinac IX linear accelerator were verified via MonteCarlo simulation (Geant4) with square field sizes (10x10and 30x30 cm2) for 6 MV and 18 MV x-ray photon energies.In addition, mass attenuation coefficients of adipose tissue,blood, muscle, bone, skin and water were computed withMATLAB and were compared with the NIST XCOM data.Results: Results of the Geant4 modeling were in line with theexperimental measurements for percentage depth dose curves.The consistency of Geant4 with experimental results was moreexplicit for 6 MV photons with the field size of 10x10 cm2.No statistically significant difference between MATLAB andXCOM were found for all mentioned human tissues, exceptfor bone (p=0.039 for bone in both genders). The minimummedian percentage differences were calculated for water andskin with a result of 1.23% and 2.19%, respectively.Conclusions: Geant4 can be used to predict percentage depthdose curves for medical linacs. Mass attenuation coefficientscalculated with MATLAB yielded consistent results withprevious studies, which means MATLAB can be used as analternative simulation tool for estimating mass attenuationcoefficients of various human tissues and water.

___

  • 1. Gottfried KLD, Penn G, editors. Radiation in Medicine: A Need for Regulatory Reform. Washington (DC): National Academies Press (US); 1996. Clinical Applications of Ionizing Radiation.
  • 2. Caccia B, Andenna C, Cirrone GA. MedLinac2: a GEANT4 based software package for radiotherapy. Ann Ist Super Sanita. 2010;46(2):173‐177.
  • 3. Stewart BW, Wild CP, editors. World cancer report 2014. Lyon: International Agency for Research on Cancer; 2014.
  • 4. Xu XG, Bednarz B, Paganetti H. A review of dosimetry studies on external-beam radiation treatment with respect to second cancer induction. Phys Med Biol. 2008;53(13):R193‐ R241.
  • 5. Agostinelli S, Allison J, Amako K, Apostolaki J, Araujo H, Arce P, et al. Geant4 – a simulation toolkit. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2003;56(3):250-303.
  • 6. El Bakkali J, El Bardouni T. Validation of Monte Carlo Geant4 code for a 6 MV varian linac. J. King Saud Univ Sci. 2017;29:106–13.
  • 7. Carrier JF, Archambault L, Beaulieu L. Validation of GEANT4 (an object-oriented Monte Carlo toolkit) for simulations in medical physics. Med Phys. 2004;31:484-92.
  • 8. Kienböck R. Über Dosimeter und das quantimetrische Verfahren. Fortschritte auf dem Geb Röntgenstrahlen. 1905;9:276–95.
  • 9. Tekin HO, Singh VP, Altunsoy EE, Manici T, Sayyed M. Mass attenuation coefficients of human body organs using MCNPX Monte Carlo code. Iran J Med Phys. 2017;14:229-40.
  • 10. Jones AK, Hintenlang DE and Bolch WE. Tissueequivalent materials for construction of tomographic dosimetry phamtons in pediatric radiology. Med Phys. 2003;30:2072-81.
  • 11. International Commission on Radiation Units and Measurements. Tissue substitutes in radiation dosimetry and measurement, ICRU Report 44. Bethesda, MD, USA:ICRU;1989.
  • 12. Valentin J. Basic anatomical and physiological data for use in radiological protection: reference values: ICRP Publication 89. Annals of the ICRP. 2002;32:1–277.
  • 13. Hubbell JH. Review and history of photon cross section calculations. Phys Med Biol. 2006;51:245-62.
  • 14. Foppiano F, Mascialino B, Pia MG, Piergentili M. A Geant4 based simulation of an accelerator head for intensity modulated radiation therapy. IEEE Symposium Conference Record Nuclear Science 2004; 2004 Oct 16-22; Rome, pp. 2128-32 Vol. 4.
  • 15. Chauvie S, Depaola G, Ivanchenko V, Longo F, Nieminen P, Pia MG. Geant4 low energy electromagnetic physics. In: Proceedings of Computing in High Energy and Nuclear Physics; 2001; Beijing, China, pp. 337–40.
  • 16. Cirrone GAP, Cuttone G, Guatelli S, Lo Nigro S, Mascialino B, Pia MG, et al. Implementation of a new Monte Carlo - GEANT4 simulation tool for the development of a proton therapy beam line and verification of the related dose distributions. IEEE Transactions on Nuclear Science. 2005;52(1):1756-8.
  • 17. Menzel HG, Clement C, & DeLuca P. ICRP Publication 110. Realistic reference phantoms: an ICRP/ICRU joint effort. A report of adult reference computational phantoms. Annals of the ICRP. 2009;39(2):1–164.
  • 18. Ding GX. Dose discrepancies between Monte Carlo calculations and measurements in the buildup region for a high-energy photon beam. Med Phys. 2002;29:2459-63.
  • 19. Sardari D, Maleki R, Samavat H, Esmaeeli A. Measurement of depth-dose of linear accelerator and simulation by use of Geant4 computer code. Reports of Practical Oncology & Radiotherapy. 2010;15:64-8.
  • 20. Mesbahi A, Fix M, Allahverdi M, Grein E, Garaati H. Monte Carlo calculation of Varian 2300C/D linac photon beam characteristics: a comparison between MCNP4C, GEANT3 and measurements. Appl Radiat Isot. 2005;62:469–77.
  • 21. Akar A, Baltas H, Cevik U, Korkmaz F, Okumusoglu NT. Measurement of attenuation coefficients for bone, muscle, fat and water at 140, 364 and 662keV γ-ray energies. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2006;102:203-11.
  • 22. Hubbell JH, Seltzer SM. Tables of X-ray mass attenuation coefficients and mass energy-absorption coefficients from 1 keV to 20MeV for elements Z ¼ 1 to 92 and 48 an additional substances of dosimetric interest. National Institute of Standards and Technology, Physical Reference Data. 1995; p. 5632.
Süleyman Demirel Üniversitesi Sağlık Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 2146-247X
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2010
  • Yayıncı: Zehra ÜSTÜN
Sayıdaki Diğer Makaleler

Genç Erişkinlerde Ayak Bileği Hareket açıklığı, Kas Kuvveti ve Denge Arasındaki İlişki

MURAT TOMRUK, Melda Soysal TOMRUK, Emrullah ALKAN, Nihal GELECEK

Skolyoz Odaklı Egzersizler-Yedi Büyük Okulun Kapsamlı İncelemesi

Eylül Pınar KISA, A. Saadet OTMAN

Design and Analysis of Recombinant Vaccine Against Clostridium Perfringens Type A and Type E

Mostafa NORİZADEHTAZEKHAND

Sürekli Olarak Düşük Dozlarda İyonize Radyasyona Maruz Kalan Radyoloji Personelinin DNA Hasarındaki Artış

Mustafa CALAPOĞLU, Funda YILDIRIM BAŞ, Vehbi Atahan TOĞAY, Dilek AŞÇI ÇELİK, Nurten ÖZÇELİK, Gülçin YAVUZ TÜREL, Pınar ASLAN KOŞAR

Can Smaller Needle Size in Prostate Biopsy Reduce Complications Without Affecting Sample Quality and Cancer Detection Rates?

Ercan BAŞ

Bilinçsiz Tüketilen Keten Tohumunun Kemik Doku Üzerine Etkisi

Meltem ÖZGÖÇMEN

D Vitamini Eksikliği için Üriner Kalsiyum Eşik Değeri Belirlenmesi

Sefer ASLAN, Serdar OLT, Ali GÜREL, Mehmet TEKİN, Nurhan BİLEN

Tam Seramik Kron Preparasyonlarının Dijital Verilerinin İncelenmesi

İsmail ASLAN, Süleyman Hakan TUNA

Bronşektazide Sistemik İnflamasyon Belirteci; Nötrofil Jelatinaz İlişkili Lipokalin-2

Songül ÖZYURT, Neslihan ÖZÇELİK, Bilge YILMAZ KARA, Medeni ARPA, Yavuz METİN, Nurgül Orhan METİN, Aziz GÜMÜŞ

Prostat Biyopsisinde İğne Kalınlığını Küçültmek, Örnek Kalitesini ve Kanser Tespit Oranlarını Etkilemeden, Komplikasyonları Azaltabilir Mi?

Ercan BAŞ