هادرون‌تراپی در درمان سرطان کبد با استفاده از شبیه‌سازی روش مونت‌کارلو

پیش‌زمینه و هدف: رایج ترین روش در پرتودرمانی خارجی، استفاده از باریکه های فوتون، پروتون، نوترون و یون های سنگین است. هادرون تراپی برای از بین بردن بافت های سرطانی با استفاده از ذرات یونیزان می باشد درصورتی‌که کم‌ترین آسیب به بافت های سالم برسد، حائز اهمیت است. هدف از این تحقیق ارزیابی میزان دز، انرژی و شار در تومور سرطانی داخل بافت کبد و نیز ذرات ثانویه حاصل از هادرون ها، به روش شبیه سازی مونت‌کارلوی geant4 می باشد.مواد و روش کار: در این مطالعه ی تحلیلیکاربردی با استفاده از نرم‌افزار geant4، شبیه سازی فانتوم بدن انسان و توموری که در داخل بافت کبد قرار دارد انجام شد. دز عمقی، انرژی و شار برای چشمه های کربن و بورون انرژی های فرودی متفاوت به دست آمد و ناحیه تقریبی بافت هدف به روش برون یابی داده ها تعیین شد. یافته ها: همان طور که مشاهده شد با افزایش انرژی باریکه فرودی، قله ها پهن‌تر و بیشینه مقدار آن ها (بیشینه دز جذبی) کاهش می یابد، زیرا برد ذره فقط به انرژی اولیه آن بستگی دارد و بعد از گذراندن دنباله در انتها، در زیر قله براگ، انرژی تخلیه‌شده برای ذرات با انرژی های مختلف تقریباً یکسان است. طبق شبیه‌سازی انجام‌شده بهترین بازه انرژی جهت شروع برهمکنش و ایجاد پیک براگ پرتو فرودی در محدوده هدف (تومور) در این پژوهش، برای بورون از 1805 تا mev2075 و برای کربن از 2415 تا mev 3015 می باشد.بحث و نتیجه گیری: هادرون درمانی از دقت بالاتری نسبت به رادیوتراپی معمولی برخوردار است و آسیب های کم‌تری به سلول‌های سالم خارج از محدوده تومور وارد می کند. زیرا در بازه انرژی مفید محاسبه‌شده، بیشترین دز یا آسیب به تومور وارد می شود. نتایج دز عمقی، انرژی و شار ذرات در تومور داخل بافت کبد فانتوم شبیه‌سازی‌شده و مشاهده‌گردید که هادرون ها بعد از طی مسافتی، حداکثر دز و انرژی خود را در ناحیه بافت هدف (تومور) برجای می گذارند.

HADRON THERAPY IN THE TREATMENT OF LIVER CANCER BY USING SIMULATION OF THE MONTE CARLO METHOD

Background Aim: The most commonly used method for external radiation therapy is the use of photons, protons, neutrons, and heavy ions. Hadron therapy is used to eliminate cancerous tissues by using ionizing particles which will bring less damage to healthy tissues.The aim of this study was to evaluate the dose, energy, and flux in a cancerous tumor in the liver and also secondary particles produced by hadrons, which is using the Geant4 Monte Carlo simulation.Materials Methods: In this analytical and applied study by using the Geant4 Monte Carlo Codes, the human body phantom and the tumor that was inserted inside the liver tissue, were simulated. In the method of hadron therapy with different energies, dose deposit, energy, and flux, for carbon and boron were obtained and the approximate area of the target tissue was determined by extrapolation of data.Results: As observed, as the energy of the beam increases, the peaks become wider and their maximum value (maximum absorbed dose) decreases, because the particle path, depends only on its primary energy. In this study, according to the simulation, the best energy range to start the interaction and Bragg #39;s peak in the tumor area, for boron, is 1805 to 2075 MeV, and for carbon is 2415 to 3015 MeV.Conclusion: Hadron therapy is more accurate than conventional radiotherapy because of less damage to healthy cells around the tumor. As a result, in the calculated useful energy, the highest dose or destruction caused by radiation is only given to the tumor tissue. The results obtained from the doses, energy, and flux in the simulated liver tissue tumor showed that the hadrons after a longdistance leave the highest dose and energy in the tumor area.