محاسبه توزیع دز کلی و معادل دز در درمان سرطان ریه به روش کربن‌درمانی با هدایت تصویر تشدید مغناطیسی

امروزه، جهت بهبود صحت درمان در پرتودرمانی، تلاش‌های بسیاری برای استفاده از تصویر‌برداری رزونانس مغناطیسی به دلیل مزایایی چون ایجاد تمایز بافت نرم فوق‌العاده و دنباله‌های پالسی فوق‌سریع، وجود دارد. از سوی دیگر، پرتودرمانی با یون کربن، به دلیل مزایایی چون اثر بیولوژیکی نسبی بالاتر و کاربرد در درمان برخی تومور‌های مقاوم به تابش‌های با انتقال انرژی خطی پائین، به سرعت در حال توسعه است. ایده‌ی استفاده از هدایت تصویر رزونانس مغناطیسی در درمان با یون کربن، چالش‌هایی را به همراه دارد که آشفتگی دز در بدن بیمار از جمله این چالش‌هاست. به همین منظور، در این تحقیق، با استفاده از شبیه‌سازی به روش مونت‌کارلو، یک فانتوم مکعب مستطیلی شامل لایه‌های بافتی مختلف که هندسه‌ی ناحیه قفسه سینه را شبیه‌سازی می‌کند و مربوط به بیماری با توموری در ریه است، مدلسازی شد. برای اولین بار در این مطالعه، آشفتگی‌های دز سه بعدی باریکه‌های واقعی کربن‌درمانی با انرژی 220 مگاالکترون‌ولت بر نوکلئون در حالت حضور دو میدان متوسط (1.5 تسلا) و بالا (3 تسلا) که بر فانتوم بافتی شبیه‌سازی شده اعمال شدند، با حالت بدون میدان، مقایسه شد. همچنین توزیع معادل دز سه بعدی در داخل فانتوم ناهمگن شبیه‌سازی شده در حضور میدان مغناطیسی 1.5 تسلا، محاسبه شد. در محل عمق براگ، هیچ جابجایی‌ طولی برای مراکز پروفایل دز و معادل دز در میدان 1.5 تسلا مشاهده نشد. میزان جابجایی طولی پروفایل دز کلی در میدان 3 تسلا برابر 1.1 میلی‌متر محاسبه شده است. همچنین، میزان انحراف جانبی مراکز پروفایل دز و معادل دز در میدان 1.5 تسلا برابر 1.7 میلی‌متر و میزان جابجایی جانبی مرکز پروفایل دز در میدان 3 تسلا، 3.3 میلی‌متر محاسبه شده است. نتایج حاکی از آن است که آشفتگی‌های دز بدست آمده، در محدوده صحت مورد انتظار از کربن‌درمانی با هدایت تصویر تشدید مغناطیسی، قابل توجه می‌باشند.

Calculation of total dose and dose equivalent distribution in the treatment of lung cancer using MR-guided carbon therapy

Nowadays, in order to improve the accuracy of treatment in radiation therapy, there are many attempts to use magnetic resonance imaging (MRI) due to the advantages of excellent soft tissue contrast and ultrafast pulse sequences. On the other hand, carbonion radiation therapy is developing rapidly due to the benefits of greater relative biological effectiveness (RBE) and the application in the treatment of some low linear energy transfer (LET) radiationresistant tumors. The idea of using MRI guidance in treating carbonion, presents challenges including the dose perturbation in the patientchr('39')s body. For this purpose, in this study, using a Monte Carlo simulation, a rectangular phantom was modeled with various tissue layers simulating chest geometry of a patient with lung tumor. For the first time in this study, threedimensional dose perturbation of a 220 MeV/nucleon realistic carbonion beam in the presence of two medium (1.5 Tesla) and high (3 Tesla) magnetic fields applied to the simulated tissue phantom, was compared with the nonfield condition. Also, the distribution of the threedimensional dose equivalent in the simulated heterogeneous phantom was calculated in the presence of a 1.5 Tesla (T) magnetic field. At the Bragg depth, no longitudinal displacement was observed for the centers of the dose and dose equivalent profiles affected by a 1.5 T field. The longitudinal displacement of the total dose profile in a 3 T field was calculated to be 1.1 mm. Furthermore, the amount of lateral deflection of the center of the dose and dose equivalent profiles in a 1.5 T field was equal to 1.7 mm, and the amount of lateral displacement of the center of the dose profile in a 3 T field, was calculated to be 3.3 mm. The results indicate that the dose perturbation are remarkable in the accuracy expected from carbonion radiotherapy guiding by MRI.