Effects of Longitudinal Magnetic Field on Dose Disribution of Proton Beam.

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

• Proton beam therapy
• GAMOS
• longitudinal magnetic field

Proje Numarası

Yok

Boyuna Manyetik Alanın Proton Işını Doz Dağılı Üzerine Etkileri

Öz

Çeşitli kanser türlerini tedavi etmek için kullanılan geleneksel Radyoterapi tedavi (RT) yönteminin amacı sağlıklı dokuya en az zarar vererek tümöre mümkün olan en yüksek dozu vermektir. Kanser hücrelerine zarar veren yüksek enerjili radyasyon ışınları yolları üzerindeki sağlıklı dokuya ve kritik organlara zarar vererek geç dönemlerde ortaya çıkan kalıcı yan etkilere hatta ikincil kanser riskinin ortaya çıkmasına neden olabilirler. 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. Çalışmada, proton demetine paralel 0-10T şiddetinde homojen boyuna manyetik alanlar kullanılmıştır. 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 (MC) 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 getirdiği göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Proton ışın tedavi
• Boyuna manyetik alan
• Proton

Destekleyen Kurum

Yok

Proje Numarası

Yok

Kaynakça

1. [1] Wilson, R. R., 1946. Radiological use of fast protons. Radiology, Vol. 47(5), pp. 487-491.
2. [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, Vol. 29(4), pp. 484-491.
3. [3] Bielajew, A. F. 1993. The effect of strong longitudinal magnetic fields on dose deposition from electron and photon beams. Medical physics, Vol. 20(4), pp. 1171-1179.
4. [4] Nardi, Eran, and Gideon Barnea., 1999 Electron beam therapy with transverse magnetic fields, Medical physics, vol. 26(6), pp. 967-973.
5. [5] Nardi, Eran, and Reinhard Schulte 2000, Confining proton beams with longitudinal magnetic fields: Monte Carlo calculations, Medical physics, vol. 27(10) , pp. 2369-2371.
6. [6] Fix, Michael K., et al. 2013 Macro Monte Carlo for dose calculation of proton beams, Physics in Medicine & Biology, vol. 58(7) p. 2027.
7. [7] Jan, Sébastien, et al. 2004 GATE: a simulation toolkit for PET and SPECT,Physics in Medicine & Biology, vol. 49(19), p. 4543.
8. [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, pp. 3162-3168.

9. [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, vol. 27(1), pp. 31-40.
10. [10] Amato, Ernesto, et al. 2020 Full Monte Carlo internal dosimetry in nuclear medicine by means of GAMOS, Journal of Physics: Conference Series, vol. 1561(1), pp. 012002.