Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad-Hassan Alamatsaz,Alireza Karimian,Akbar Parvazian
محمدحسن علامتساز (استاد راهنما) علیرضا کریمیان (استاد راهنما) اکبر پروازیان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sayedeh zahra Moayedian
سیده زهرا مویدیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Assessment of absorbed dose in tumor and healthy tissue of liver in proton therapy
Liver cancer is one of the most common cancers in the world. There are different methods to cure it. Proton therapy is the best method, because the proton has short range and transfers maximum part of the beam energy to tissue in the Bragg Peak. Of course nuclear interactions of proton with tissue produce secondary particles like neutrons and they can increase the risk of secoandery cancer affections.The purpose of this research is calculation of proton and neutron absorbed dose in tumoral and healthy tissue of the liver in proton therapy. First proton source was considered as a disk to simplify the situation and located in front of the MIRD phantom. A spherical tumor of diameter 0.5 cm is designed and located in depths of 2.5,5 and 9 cm of the liver.Proton therapy with different source energies were simulated and optimized therapatic energies were assigned to be 86, 106 and 133 MeV for each tumor.Then proton, neutron and gamma absorbed doses in tumoral and healthy tissue of the liver were estimated by simulating the proton therapy with optimized energies. After that, passive proton beam delivery system with double scattering technology was designed and located in front of a soft tissue cylinder. Eight simulation were run so each simulation included a single step of range modulation wheel. Finally, the depth – dose curve was drawn for each step and SO were evaluated as proton-fluence-weighted sum of Bragg curves from the individual range modulation wheel steps. So, a uniform dose region of width 5 cm is formed in the total depth-dose curve. If the tumor is set in this region, it will absorb a high uniform dose. Then proton therapy of liver tumor was simulated. For this purpose a tumor of diameter 5 cm was designed and placed in depth of 11 cm in the liver. After that, the source was modeled as a Gaussian distribution function with a mean energy of 200 MeV. So, the appropriate range shifter was assigned and proton absorbed doses per sourse particle for tumor and healthy tissue of the liver were estimated to be 3.32×10 -12 and 4.57×10 -13 Gy/par.s . To invistigate the influence of secondary radiations, neutron absorbed doses per sourse particle for tumor and healthy tissue of the liver were also calculated as 3.37×10 -14 and 1.85×10 -14 Sv/par.s. In the next step, a tumor of diameter 5 cm in depth of 6 cm in the liver was designed and proton absorbed doses per sourse particle for tumor and healthy tissue of the liver were estimated as 1.94×10 -12 and 2.04×10 -13 Gy/par.s by simulation of proton therapy with mean energy of 180 MeV. Also the neutron absorbed doses were calculated as 1.61×10 -14 and 6.34×10 -15 Sv/par.s. The ratio of proton absorbed dose in tumor and healthy tissue of the liver was 9 for the tumor in depth of 6 cm and this ratio was 7.26 for the tumor in depth of 11 cm. The results showed that tumor absorbs the maximum dose while the healthy tissue absorbs the minimum dose. Since the neutron absorbed dose in healthy tissue increases the risk of secondary cancer affection, the consideration of methods to decrease the neutron absorbed dose is important.
سرطان کبد یکی از رایج ترین سرطان ها در دنیاست که تاکنون روش های مختلفی برای درمان آن به کار رفته است. در میان این روش ها، پروتون درمانی به دلیل واگذاری بیشترین انرژی پرتو در قله براگ و داشتن برد کوتاه، بر سایر روش ها برتری دارد. با این وجود به دلیل برهم کنش های هسته ای پروتون با هدف، ذرات ثانویه مانند نوترون تولید می شوند. این ذرات خطر ابتلا به سرطان های ثانویه را افزایش می دهند. لذا در این پژوهش، قصد داریم دز پروتون و نوترون جذب شده در تومور و بافت سالم کبد را در پروتون درمانی تومور کبد محاسبه نماییم. بنابراین به منظور ساده سازی، ابتدا چشمه پروتون را به صورت دیسک در نظر گرفته و آن را در مقابل فانتوم MIRD قرار می دهیم. هدف درمانی به صورت توموری کروی با قطر cm 5/0 در عمق های cm5/2، 5 و 9 از سطح کبد طراحی شده است. سپس شبیه سازی درمان با انرژی های مختلف چشمه انجام شده و انرژی بهینه برای درمان این تومورها MeV 86، 106 و 133 تعیین شده است. سپس با به کارگیری انرژی بهینه درمان برای هر تومور، دز پروتون، نوترون و گامای جذب شده در تومور و بافت سالم کبد تعیین شده است. در مرحله بعد دستگاه پروتون درمانی با سیستم پراکندگی منفعل شامل چرخ تعدیل برد، پراکنده ساز شکل یافته، تغییردهنده برد و کلیماتورها طراحی شده و در مقابل استوانه از جنس بافت نرم قرار گرفته است. سپس با شبیه سازی هریک از هشت گام اول چرخ تعدیل برد، منحنی عمق-دز پروتون برای هریک از گام های چرخ تعدیل برد رسم شده است. در نهایت منحنی عمق-دز کلی از برهم نهی منحنی عمق-دز گام های مختلف به دست آمده و رسم شده است. نمودار عمق-دز نشان می دهد که از برهم نهی منحنی عمق-دز هشت گام اول چرخ تعدیل برد، ناحیه ای با دز یکنواخت و با عرض cm 5 ایجاد می شود. چنانچه تومور در این محدوده مکانی قرار گیرد، دز یکنواخت بالایی دریافت خواهد کرد. سپس شبیه سازی درمان برای تومورهای کبد انجام شده است. به این منظور ابتدا تومور کروی با قطر cm 5 در عمق cm 11 از سطح کبد طراحی شده است. در ادامه چشمه به صورت تابعی گاوسی با انرژی متوسط MeV 200 در نظر گرفته شده و پس از تعیین تغییر دهنده برد مناسب دز پروتون جذب شده به ازای هر ذره پروتون در تومور و بافت سالم کبد برابر Gy/par.s 12- 10× 32/3 و 13- 10× 57/4 به دست آمده است. همچنین به منظور بررسی اثر تابش های ثانویه، دز نوترون جذب شده در تومور و بافت سالم کبد محاسبه شده است. طبق نتایج، دز نوترون جذب شده در تومور برابر /par.s Sv 14 - 10× 37/3 و دز نوترون جذب شده در بافت سالم کبد برابر/par.s v 14- 10× 85/1 است.در مرحله بعد تومور کروی با قطر cm 5 در عمق cm 6 از سطح کبد جایگزین شده است. سپس شبیه سازی درمان برای چشمه با انرژی متوسط MeV 180 انجام شده است و دز پروتون جذب شده در تومور و بافت سالم کبد برابر Gy/par.s 12- 10× 94/1 و 13- 10× 04/2 محاسبه شده است. همچنین دز نوترون جذبی در تومور و بافت سالم کبد، برابر /par.s Sv 14- 10× 61/1 و 15- 10× 34/6 به دست آمده است.طبق نتایج به دست آمده، برای تومور در عمق cm 11 از سطح کبد، دز پروتون جذب شده در تومور حدود 26/7 برابر دز پروتون در بافت سالم کبد است. همچنین برای تومور در عمق cm 6 از سطح کبد، این ضریب تقریباً برابر 9 است. این نتایج نشان می دهد چنانچه از پروتون درمانی برای درمان تومورهای سرطانی کبد استفاده شود، می توان دز پروتون بالایی بر تومور متمرکز کرد، در حالی که دز پروتون جذب شده در بافت سالم کبد بسیار کم است. همچنین از آنجا که دز جذبی ناشی از نوترون می تواند منجر به سرطان های ثانویه شود، بررسی روش های کاهش این دز بسیار مهم است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی