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

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 گروه مهندسی هسته ای، دانشکده انرژی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 معاون تحصیلات تکمیلی دانشکده مهندسی انرژی

4 گروه هسته ای، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

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 پیش‌بینی دقیق محل پیک براگ، برد پروتون و توزیع توان توقف بافت می‌باشد. 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 بافت‌های بدن (12C, 16O, 20Ca و14N ) با استفاده از کد Geant4 بدست آمدند. سپس با استفاده از پنج فانتوم با جرم‌های عنصری مشخص، رابطه‌ تناسب بین شمارش‌های زیر قله خطوط گاما 91/3، 31/2 و MeV 12/7 به ترتیب با جرم عناصرکلسیم، نیتروژن و اکسیژن در فانتوم‌ها به صورت خط برازش بدست آمدند. درادامه برای دو فانتوم آزمون با داشتن شمارش‌های این خطوط گاما و با استفاده از خط برازش ، جرم هر عنصر در فانتوم تخمین و با مقدار واقعی مقایسه گردید. نتایج بدست آمده برای سه عنصر ذکر شده در فانتوم‌های آزمون دارای اندازه‌ی درصد خطای نسبی کمتر از 6 هستند، که موجب جابجایی برد پروتون کمتر از 1 میلی‌متر می‏شود

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Elemental Analysis of Tissue in Proton Therapy Using Photopeak Count of Prompt Gamma Spectrum

نویسندگان [English]

  • زعفر ریاضی مبارکه 1
  • Fereshte Saheli 2
  • Naser Vosoughi 3
  • Fateme Rasouli 4
1 هیآت
2 Department of Energy Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
3 Department of Energy Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
4 Department of Physics, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Online 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 have unique characteristic prompt gamma (PG) spectrum, recording and analyzing of the emitted gamma-ray spectra is one of methods used for online elemental analysis of irradiated tissue. In the present study, the PG lines of most abundance elements of human tissues (12C, 16O, 20Ca and 14N) are obtained using Geant4 toolkit. Moreover, 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 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 show that the relative error of estimated mass of calcium, nitrogen and oxygen are less than 6%, which leads to the range estimation deviation of about 1 mm

کلیدواژه‌ها [English]

  • Monte Carlo
  • Proton therapy
  • Geant4
  • Prompt Gamma
  • Elemental Analysis