بررسی دوز و شار ذرات ثانویه درون بافت ریه در پروتون‌تراپی پستان با استفاده از کد شبیه‌سازی مونت‌کارلو

به طور معمول‌ در یک فرآیند پرتو‌درمانی با فوتون علاوه بر سلول‌های سرطانی، به سلول‌های سالم نیز آسیب وارد می‌شود، اما در پروتون‌درمانی این آسیب‌های ناخواسته به حداقل خود می‌رسند. زیرا پروتون‌ها بیشترین میزان انرژی خود را در انتهای مسیر که به قله براگ مشهور است وارد می‌کنند. در این مطالعه، بازه‌ی مفید انرژی برای درمان سرطان پستان و شار ذرات ثانویه تولید شده در فرآیند پروتون‌درمانی، برای تعیین ریسک ابتلا به سرطان ثانویه در بافت ریه، مورد بررسی قرارگرفت. کد مونت‌کارلو برای شبیه‌سازی ترابرد تابش و حصول نتایج دقیق، و همچنین فانتوم زن ornlبرای شبیه‌سازی بدن انسان به کار گرفته شد. چشمه نقطه‌ای پروتون در بازه‌ی انرژی 60 تا 70 مگا الکترون ولت به سمت فانتوم ترابرد شده و تاثیر این پرتو بر روی ارگان حیاتی ریه ارزیابی گردید. در نهایت میزان شار ذرات ثانویه تولیدی برحسب انرژی پروتون ورودی محاسبه شده و نمودار تغییرات شار این ذرات برحسب انرژی رسم شده است. بر مبنای نتایج حاصل از شبیه‌سازی، میزان دوز ثانویه رسیده به ارگان ریه در انرژی70 مگا الکترون‌ولت به ازای یک میلی‌سیورت دوز درمانی پروتون در پستان، 0.1051 میلی‌سیورت در ریه چپ و میزان 0.0178 میلی‌سیورت در ریه راست محاسبه گردید. با بررسی نتایج، می‌توان گفت که پروتون‌درمانی از دقت بالاتری نسبت به رادیوتراپی معمول، برخوردار است و آسیب‌های کمتری به سلول‌های سالم خارج از محدوده تومور وارد می‌کند. زیرا در بازه انرژی مفید محاسبه شده، بیشترین دوز یا آسیب به تومور وارد می‌شود. اما با این حال در این روش درمانی، ذرات ثانویه ناخواسته تولید می‌شوند که نمی‌توان از آنها بخصوص در موارد تومور‌های کودکان چشم‌پوشی کرد.

Evaluation of the dose and flux of secondary particles in the lung tissue in breast proton therapy using the Monte Carlo simulation code

Unlike proton therapy, conventional radiation therapy directs Xrays not only at the tumor but also unavoidably at nearby healthy tissue. Protons deliver radiation to tumor tissue while the healthy structures will be spared during proton therapy. When protons travel through matter, secondary particles like neutrons and photons are produced. It is believed that the secondary dose can lead to secondary cancer. It is not generally possible to measure directly the absorbed dose in a Human body. Therefore, Monte Carlo simulations and phantoms are useful for estimating the absorbed dose in organs. In this study, the MCNPX and Analytical phantom of the human body, ORNLfemale phantom were used for breast proton therapy. We considered a characteristic tumor with the same composition of breast tissue. Measurement was performed with the energy range of 6070 MeV proton beams accelerated. Secondary productions generated in the body of the patient can affect the organs surrounding the target region, so the equivalent dose of these secondary radiations was calculated in vital organs including RightLung and LeftLung. For all energies, the equivalent dose of photons in vital organs is lower than neutrons. Our Monte Carlo results show that the equivalent dose of the Neutrons and Photons in the left lung is 0.1051 mSV and 0.0178 mSV in the right lung per 1mSV of 70 MeV energy incident proton beam. It is shown that for highenergy proton beams, most of the absorbed dose by organs is due to secondary neutrons but those are low enough to be neglected. Breast proton therapy provides satisfactory target coverage and enhances normal tissue sparing that can limit unnecessary doses delivered to the lung, though there has been a significant development in Radiation therapy technology, there still remain concerns on treatment related to longterm side effects. This problem is more pronounced in pediatric cases.