ارزیابی توزیع گاماهای آنی گسیل شده در حین پروتون‌درمانی با استفاده از ابزار مونت کارلویgate

یکی از روش‌های پایش برد باریکه‌ پروتون به‌کارگیری گاماهای آنی حاصل از برهم‌کنش پروتون-هسته در داخل بدن بیمار است. در این پژوهش، برهم‌کنش باریکه‌های پروتونی باانرژی 90، 120 و mev 150 با یک فانتوم از جنس pmma به کمک ابزار مونت‌کارلوی gate شبیه‌سازی شد. همبستگی بین توزیع دُز پروتون با توزیع مکانی گاماهای آنی در پنجره انرژی‌های مختلف که متناسب با قله‌های قابل‌تفکیک طیف گاماهای آنی انتخاب شدند، بررسی شد. نتایج نشان داد که انتخاب پنجره انرژی برای آشکارسازی گاماهای آنی تاثیر زیادی بر دقت تخمین برد پروتون با استفاده از توزیع گاماهای آنی دارد. سپس استوانه‌های آشکارساز ایده‌آل با شعاع‌های 29،49،69 و mm 89 شبیه‌سازی شد. توزیع غیرهمسان‌گرد گاماهای آنی آشکارشده توسط استوانه آشکارساز با شعاع mm 89 نشان داد که یک موقعیت ترجیحی باتوجه‌به موقعیت برد پروتون برای آشکارسازی پرتوهای گامای آنی وجود دارد که می‌تواند برای به بیشینه رساندن کارایی هندسی آشکارسازی گامای آنی مورداستفاده قرار گیرد. نتایج نشان داد موقعیت ترجیحی آشکارسازی گاماهای آنی به انرژی باریکه‌ پروتون وابسته است و با افزایش انرژی پروتون این موقعیت ترجیحی در مکانی عقب‌تر از موقعیت برد پروتون یافت می‌شود. علاوه بر این، موقعیت ترجیحی تغییرات قابل‌توجهی را در پنجره انرژی‌های مختلف نشان داد. در ادامه، به کمک معادله خط گذرنده از موقعیت‌های ترجیحی به‌دست‌آمده توسط استوانه‌های آشکارساز به تخمین موقعیتی با بیشینه بازده گامای آنی تولیدی درون فانتوم و مقایسه آن با موقعیت اصلی پرداختیم.

evaluation of the distribution of prompt gammas emission during proton therapy using the gate monte carlo toolkit

one of the methods for monitoring the range of proton beams is the detection of instantaneous gammas resulting from proton-nucleus interactions inside the patient’s body. in this study, the interaction of proton beams with energies of 90, 120, and 150 mev with a pmma phantom was simulated using the gate monte carlo tool. the correlation between the proton dose distribution and the spatial distribution of instantaneous gammas in different energy windows, which were selected according to the resolvable peaks of the instantaneous gamma spectrum, was investigated. the results showed that the choice of energy window for detecting instantaneous gammas has a great impact on the accuracy of estimating the proton range using the instantaneous gamma distribution. then, ideal detector cylinders with radii of 29, 49, 69, and 89 mm were simulated. the anisotropic distribution of the instantaneous gamma rays detected by the 89 mm radius detector cylinder showed that there is a preferred position concerning the proton beam position for detecting instantaneous gamma rays, which can be used to maximize the geometric efficiency of instantaneous gamma detection. the results showed that the preferred position for detecting instantaneous gamma rays depends on the proton beam energy and that with increasing proton energy this preferred position is found at a location further back than the proton beam position. in addition, the preferred position showed significant changes in the energy window. next, using the equation of the line passing through the preferred positions obtained by the detector cylinders, we estimated the position with the maximum instantaneous gamma efficiency produced inside the phantom and compared it with the original position.