بخشی از مقاله
چکیده
مشخصه یابی یکی از مراحل مهم بعد از طراحی و ساخت سامانه پایش برخط پرتویی و قبل از نصب و راه اندازي آن در یک مرکز هادرون درمانی است. در این کار مشخصه یابی مقدماتی با استفاده از باریکه پرتو ایکس جهت تعیین کارایی آشکارسازهاي سامانه پایش باریکه پرتوانجام گرفته است، با وجود تفاوت هاي موجود بین فوتون ها و ذرات بارداري از قبیل پروتون و یون هاي کربن که اغلب در مراکز پیشرفته پرتودرمانی بکار میروند، استفاده از پرتو ایکس روشی بسیار ساده، در دسترس و مفید می باشد که پارامترهاي تعیین شده مربوط به پاسخگویی آشکار سازهاي سامانه پایش را تحت آزمون قرار می دهد.
در طی انجام اندازه گیري هاي مقدماتی جهت مشخصه یابی بکمک پرتو ایکس، تاثیرات قابل توجهی از برهمکنش فوتون ها بر مواد تشکیل دهنده الکترودهاي اتاقک هاي یونش سامانه پایش، مشاهده شد که اندازه گیري ها و محاسبات دقیق تري را جهت اطمینان از کارایی این سامانه سبب شد. محاسبات مربوطه بکمک شبیه سازي ساده اي با استفاده از کد مونت کارلو، نتایج مفید و رهنمودهایی در تعیین پارامترهاي مهم آشکار سازها و تائید کارایی سامانه پایش باریکه پرتوهاي مورد استفاده در هادرون درمانی را در مراحل نصب و راه اندازي به همراه داشت.
مقدمه
در هادرون درمانی انتقال دقیق باریکه پرتو به حجم هدف و توزیع صحیح دز درآن اهمیت بسیار دارد. بهمین دلیل سامانه انتقال و توزیع بیم وظیفه پایش برخط باریکه پرتو را بعهده دارد
براي موفقیت در دستیابی به بالاترین سطح دقت در پرتو درمانی بکمک ذرات باردار، موقعیت و خصوصیات باریکه پرتو نسبت به تومور در داخل بدن بیمار در طی زمان درمان می بایست مشخص باشد، بویژه پارامترهاي شدت، موقعیت، ابعاد، شکل و انرژي باریکه.
بطورکلی پایش برخط در هادرون درمانی بدلایل ایمنی توسط یک سامانه مونیتورینگ کالیبره شده انجام می پذیرد تا سیگنال متناسب با دز معین را براي بیمار اعمال نماید. اتاقک هاي یونیزان بعنوان آشکارسازهاي سامانه پایش این امر را محقق می سازند و از آنجائیکه شتابدهنده سینکروترون مورد استفاده توانایی تولید باریکه بیم با شدت و انرژي بالا را داراست - پروتون هاي داراي انرژي 60 تا 250MeV و یا یون هاي کربن با انرژي 120 تا [2] - 400 MeV/u ، دقت لازم در طراحی، ساخت و سپس مشخصه یابی سامانه پایش ضروري است. در این راستا سامانه پایش برخط مجهز به پنج اتاقک یونش با ساختار الکترودهاي مسطح و موازي در سه نوع، یکپارچه - انتگرال - ، داراي آند بصورت شیارهاي - استریپ - موازي - عمودي یا افقی - و دیگري با آند شبکه اي - پیکسل - [3] ، در دو محفظه جداگانه BOX2و BOX1هر ، یک بترتیب شامل 3 و 2 اتاقک یونش، طراحی شد
آزمون هاي مقدماتی مشخصه یابی بر روي هریک با هدف تعیین و دقت یکنواختی تکرارپذیري پاسخ، انجام پذیرفت.
روش ها و محاسبات
براي مشخصه یابی اتاقک هاي یونش از دستگاه مولد پرتو ایکس با مشخصات زیر استفاده شده است: ولتاژ تغذیه:50 kV ، شدت جریان:120mA ،زمان پرتودهی:1:33 ms مطابق با 160 mAs، کولیماتور با قطر2 mm و فاصله پنجره خروجی مولد پرتو تا سطح اتاقک برابر با . 10 cm برهمکنش پرتو با ماده: تعدادي آزمون مشخصه یابی بکمک پرتو ایکس بر روي اتاقک هاي یونش انجام شد که در شکل هاي 2 و 1 نتایج آنها بعنوان پاسخ اتاقک هاي یونش انتگرال، استریپدر دو نوع و پیکسل نسبت به پرتو ایکس، بصورت شمارش کل بارهاي جمع آوري شده توسط هریک از اتاقک ها بدسته است.
در نمودارهاي مربوطه می توان اختلاف شمارش بین این اتاقک ها را مشاهده کرد با اینکه کلیه شرایط آزمایشگاهی و پارامترهایی از قبیل ولتاز تغذیه، حجم گاز و فلوي آن براي کلیه اتاقک ها یکسان است. با تکرار اندازه گیریها این پدیده همچنان مشاهده شد و با انجام محاسبات، نتایج زیر بصورت روابط بین شمارش هاي کلیکهر از اتاقک ها با تقریب بدست آمد:
شکل:1 شمارش کل بارهاي جمع آوري شده در سه اتاقک یونش:
انتگرال ١ - INT1 - و استریپ - STPX,STPY - X,Y
شکل:2 شمارش کل بارهاي جمع آوري شده در دو اتاقک یونش: انتگرال - INT2 - 2 و پیکسل - - PXC
در نتیجه با توجه به اینکه باریکه پرتو ایکس از فوتون هاي کم انرژي تشکیل شده است و نظر به رابطه - 1 - ، اختلاف موجود بین شمارش هاي انجام گرفته در اتاقک هاي مختلف نسبت به یکدیگر را می توان بعلت برهمکنش فوتون هاي پرتو ایکس با مواد تشکیل دهنده این آشکارسازها دانست، از اینرو این تفاوت در محاسبات لحاظ میشود و سیگنال تولیدي بر اساس تعداد کل شمارش بارهاي جمع آوري شده بصورت مجموع سیگنال داخلی و سیگنال خارجی بشکل رابطه - 2 - خواهد بود:
SI سیگنال داخلی، سهم برهمکنش فوتونداخلبا N2 - گاز آشکارساز - . SE سیگنال خارجی، سهم برهمکنش فوتون با مواد تشکیل دهنده کاتد و آند اتاقک ها، که به عدد اتمی مواد تشکیل دهنده کاتد و آند و ضخامت آن ها بستگی دارد و تغییرات آن قابل توجه است. در راستاي امتحان کردن این حقیقت بکمک بسته نرم افزاري DOSXYZnrc که یک کد محاسباتی چند منظوره مونت کارلو استEGSnrc ، محاسبه دز جذبی پرتو ایکس بصورت سه بعدي بکمک شبیه سازي انجام می گیرد .[6] این نرم افزار انتقال فوتون ها و الکترون ها رادر فضاي کارتزین شبیه سازي کرده و انرژي ذخیره شده در المان هاي حجمی را محاسبه می کند. این نرم افزار اجازه تعیین حجم را با صفحه X - X- Y بطرف راست، Yبطرف پایین و Z بطرف داخل صفحه - را به کاربر میدهد تا امکان تغییر ابعاد المان حجمی در هر سه بعد تامین شود
هر المان حجمی می تواند از ماده اي متفاوت ویامختلفباچگالی تشکیل شود. در مورد محفظهصفحههاي آشکارسازها، هندسه X-Y همگن فرض شده ولی پارامترها در راستاي Zمتغیر هستند، مطابق با جهت حرکت باریکه پرتو ایکس و مسیر عبور آن از مواد تشکیل دهنده اتاقک ها. در شکل 3، ترتیب قرارگرفتن اتاقک ها در راستاي تابش و انتقال باریکه پرتو، بصورت مقاطع عرضی نشان داده شده است. هر یک از الکترودهاي تشکیل دهنده آشکارسازهاکاتدبعنوان و آندبا لیبل گذاري معرفی شده اند.
شکل:3 مقطع عرضی محفظه هاي BOX1, BOX2 شامل اتاقک هاي یونش =C - کاتد - ، - =S استریپ - ، = P - پیکسل -
در جداول 1و2 مشخصات ساختاراتاقک ها به شرح زیر آورده شده است، بترتیب از چپ به راست: ستون اول شمارههايلایه الکترود، دوم نوع ماده، سوم ضخامت لایه و آخرینلیبلستون، محل قرارگرفتن الکترود - کاتد یا آند - را مطابق با شکل3، نشان می دهد.
جدول:1 مشخصات الکترود هاي تشکیل دهنده اتاقک هاي یونش
