آنالیز عنصری بافت در پروتون‌تراپی با استفاده از شمارش زیر قله طیف گامای آنی

برای استفاده بهینه از قابلیت‌‏های پروتون در درمان تومور، لازم است در مرحله طرح درمان محل پیک براگ با دقت بالایی پیش‏بینی شود. آنالیز عنصری بافت یکی از روش‌‏های مورد تحقیق برای پیش بینی دقیق محل پیک براگ، برد پروتون و توزیع توان توقف بافت می‌ باشد. هر عنصر در بافت طیف گاماهای آنی منحصر به فردی دارد، بنابراین با ثبت و تحلیل طیف گاماهای آنی گسیل شده از بافت، امکان پیش‌بینی جرم عناصر بافت وجود دارد. در مطالعه حاضر، ابتدا گاماهای آنی گسیل شده از عناصر اصلی بافت ‌های بدن (ca20، o16، c12 و n14) با استفاده از کد geant4 به دست آمدند. سپس با استفاده از پنج فانتوم با جرم‌ های عنصری مشخص، رابطه تناسب بین شمارش ‌های زیر قله خطوط گاما 3.91، 2.31 و mev 7.12 به ترتیب با جرم عناصر کلسیم، نیتروژن و اکسیژن در فانتوم‌ ها به صورت خط برازش به دست آمدند. در ادامه برای دو فانتوم آزمون با داشتن شمارش ‌های این خطوط گاما و با استفاده از خط برازش، جرم هر عنصر در فانتوم تخمین و با مقدار واقعی مقایسه گردید. نتایج به دست آمده برای سه عنصر ذکر شده در فانتوم‌ های آزمون دارای اندازه‌ ی درصد خطای نسبی کم‌ تر از 6 هستند، که موجب جابه‌ جایی برد پروتون کم ‌تر از 1 میلی ‌متر می‌‏شود.

Elemental analysis of tissue in proton therapy using photopeak count of prompt gamma spectrum

nline elemental analysis of irradiated tissue in proton therapy is a major part of this treatment, since it leads to accurate estimation of the depth of Bragg peak, proton range, and distribution of stopping power of irradiated tissue. Given the fact that each element has unique characteristic prompt gamma (PG) spectrum, recording and analyzing of the emitted gammaray spectra is one of the methods used for online elemental analysis of irradiated tissue. In the present study, the PG lines of most abundant  elements of human tissues (12C, 16O, 20Ca, and 14N) are obtained using Geant4 toolkit. Moreover, the linear dependency of 7.12, 3.91 and 2.31 MeV PG counts to the mass of 16O, 20Ca, and 14N are investigated in five phantoms. The gamma lines of 2.31, 3.91 and 7.12 MeV are selected to determine the mass of nitrogen, calcium, and oxygen in the irradiated volume. Furthermore, for two test phantoms, the mass of elements is estimated using linear fitting and is compared with predefined mass of these elements in the test phantoms. The results showed that the relative errors of estimated mass of calcium, nitrogen, and oxygen are less than 6%, which leads to the range estimation deviation of about 1 mm.