بخشی از مقاله
چکیده
پروتون تراپی در مرکز رادیوایزوتوپ - CYRIC - در دانشگاه توهوکو شامل یک بیم افقی است که در حال حاضر برای مطالعات تحقیقاتی و همچنین یک سیستم بیم چرخشی که تحت ساخت وساز است استفاده می شود. در این سیستم نوسانات پرتو متشکل از دو آهنربای دو قطبی است که قادر به تغییر زاویه تابش از 0 تا 180 درجه در اطراف هدف خواهد بود و ارسال پرتو با استفاده از لنزها و اسکترهای خط الرأس انجام می شود. در سیستم پرتو چرخشی با توجه به محدودیت در فضای موجود بین پنجره خروج پرتو به محل مورد نظر سیستم پراکندگی دوگانه برای ایجاد یکنواختی عرضی پرتو پیشنهاد شد.
در روش پرتو گسترده از یک شتاب دهنده که منطقه تابش را پوشش میدهد استفاده می شود و این سیستم منطقه تابش را به اندازه بافت هدف با قدرت نفوذ یکنواخت تحت شعاع قرار میدهد. در واقع تابش یکنواخت با استفاده از سیستم پراکندگی دوگانه و یا ترکیب wobbling system با scattrere ایجاد خواهد شد. آزمایش با استفاده از خط پرتوی افقی با در نظرگرفتن سیستم پرتو چرخشی درCYRIC انجام شد.نتایج تجربی نشان دهنده نشان دوز جانبی توزیع با یک منطقه مناسب و در یک شرایط خوب با داده های شبیه سازی شده است.
کلمات کلیدی: پروتون تراپی، بیم چرخشی، پراکندگی دوگانه.
-1 مقدمه
از آنجا که پروتون در درمان شناخته شده است بعنوان یک ابزار مؤثر برای درمان سرطان، حرکت به سمت ساخت امکانات جدید در جهان را افزایش داده است - . - Slateret al.,1988: 761;Takadaet al., 1998: 350 تعدادی از مؤسسات در جهان ساخت و ساز از امکانات پروتون برای درمان اختصاصی را آغاز کردند. - . - Flanzet al., 1995:830; Jongen, 1994:59 اگر چه این روش های بسیار عالی برای درمان اهداف ثابت مانند اندام ها و همچنین درمان سرطان در مناطق قفسه سینه و شکم کاربرد دارد اما در چنین مواردی باید برای جلوگیری از اشتباه تابش، دقت زیاد شود زیرا میزان دز پرتوی تابشی بسیار بالاست - . - Okumuraet a1.,1995:308
به همین دلیل یک روش پراکندگی دوگانه برای شکل گیری میزان تابش پروتون در PMRC دانشگاه تسوکویا به پروتون اعمال شد، که با این عمل میزان پرتوی رسیده به بافت های عمیق در قفسه سینه و ناحیه شکم را میتوان یکنواخت کرد - . - Tsujii et al 1992:49; Matsuzakiet al ., 1994:1032 در پروتون تراپی دو روش عمده تحویل بیم استفاده می شود،سیستم پسیو،سیستمی که در عملکرد خود نیاز به مصرف انرژی نداردو سیستماکتیو،سیستمی که برای داشتن عملکرد نیاز به انرژی از خارج دارد.کار حاضر بر روی سیستم پسیو dual scatterer بدلیل طراحی ساده و مقرون بهصرفه بودن این سیستم انجام می شود. - - Slateret al.,1991: 383.Slateret al.,1988: 761.Okumuraet a1 ,995:308
ذرات باردار که از شتاب دهنده خارج می شوند دارای یک توزیع فضایی می باشند که در عمل این توزیع فضایی به صورت تابع گوسی می باشد به عبارت دیگر این تابع مبین احتمال حضور ذرات در فضا بعد از خروج از شتاب دهنده می باشد چنانچه تابع اولیه به صورت گوسی باشد امکان مدولاسیون روی شکل بیم وجود دارد در غیر این صورت مدولاسیون غیر ممکن است. شکل خروجی بیم در ابتدا بصورت تابع گوسی می باشد که بایستی شدت ذرات و یا احتمال حضور ذرات در فضا به صورت یکسان دراید تا در برخورد با هدف همه جای هدف را به صورت یکسان تحت تابش قرار دهد.
بنابراین تابع گوسی به شکل تابع مستطیلی و به اندازه مقطع عرضی هدف دراید برای این منظور از یک صفحه بسیار نازک فلزی - سرب - سر راه بیم استفاده می شود بیم در برخورد با این صفحه از حالت باریک به حالت پهن در می اید بنابراین می توان بیان کرد که ذرات باردار سنگین در برخورد با صفحه بسیار نازک تحت تأثیر هسته اتم های صفحه دچار انحراف زاویه ای می شوند - -Gottschalket al.,1993: 467. - 490سیستم طراحی شده با دو اسکتر جداگانه با نام dual scattererدراین سیستم برای تولید ناحیه فلت در راستای عرضی دو اسکتردر فاصله مشخصی از هم قرار دارند. اسکتر دوم دارای ضخامت ماکزیمم در مرکز می باشد و از مرکز به طرفین که برویم از ضخامت آن کاسته می شود .
ذرات در عبور از اسکتر اول پراکنده شده و بیم بصورت پهن در میآید پس از آن ذرات به اسکتر ثانویه رسیده و بسته به این که چه نقطه ای از این اسکتر برخورد کند پراکندگی های متفاوتی خواهند داشت و شکل کلی حضور ذرات در فضا در عبور از اسکتر دوم به صورت توابع گوسی با FWHM متفاوت می باشد که مجموع آنها ناحیه فلت را به ما می دهد. در این زمینه از ترکیب wobbling system با scattrere ناحیه فلت به صورت - time dependentوابسته به زمان - ایجاد خواهد شد بدین معنی که دریک لحظه ما ناحیه فلت رانخواهیم داشت وبا گذشت زمان در یک سیکل زمانی ناحیه فلت ایجاد خواهد شد - . - Cascio, 2006: 177-182
-2 مواد و روش ها
کد هستهای فلوکا یک کد محاسباتی چندمنظوره برای محاسبه ترابرد ذرات و برهمکنش آنها با ماده بر اساس روش مونت کارلو میباشد که میتواند در مسائل مختلف مربوط به رادیولوژی، رادیوتراپی، و پزشکی هستهای مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین میتوان از این کد برای شبیهسازی حفاظ شتابدهندههای الکترون و پروتون، کالریمتری، محاسبه اکتیویته، دوزیمتری، طراحی آشکارساز، تابشهای کیهانی، فیزیک نوترینو و پرتودرمانی استفاده کرد. کد فلوکا توانایی شبیهسازی برخورد حدود 60 نوع ذره مختلف با ماده را با دقت بالا داراست که شامل فوتونها و الکترونها در دامنه 1کیلو الکترونولت تا هزاران ترا الکترونولت، نوترینو و مئون در هر دامنه انرژی، و هادرونها تا انرژی20ترا الکترونولت و همچنین آنتیذرات مربوطه، نوترونها و یونهای سنگین میباشد.
همچنیناین کد قابلیت شبیه سازی هندسههای بسیار پیچیده را در فضای سه بعدی، به همراه قابلیت ویرایش آنها، دارا میباشد.پروتون تراپی در CYRIC شامل یک خط پرتو افقی برای آزمایشات تحقیقاتی و متشکل از یک wobbling system، سیستم کنترل پرتو، انواع مختلفی از فیلترها، کولیماتورها، آشکارسازها و دیگر دستگاه های مورد نظر برای انجام آزمایش بود. در این مرکز پروتون شتاب بوسیله سیکلوترون و رساندن انرژی تا 50 مگاالکترون ولت و بیم چرخشی که قادر به تغییر زاویه تابش پرتو از 0 تا 180 درجه است انجام شد. شکل 1 نمایش شماتیکی از این طراحی است.
توزیع زاویه تابش بسیار نزدیک به تابع گوسی با FWHMهای متفاوت می باشد که مجموع آن ها ناحیه فلت را به ما می دهد.مطابق شکل سیستم طراحی شده دارای دو اسکتر جداگانه بود که dual scattererنام دارد. اسکتر دوم ضخامت 0/65 میلی متر و اسکتر اول ضخامت1 میلی متررا دارد و همچنین فاصله بین دو اسکتر 100 میلی متر می باشد. پرتوها در عبور از اسکتر اول پراکنده شده و پس از برخورد به اسکتر دوم بسته به اینکه به چه ناحیه ای برخورد کنند پراکندگی ای متفاوتی خواهند داشت. در این کار از صفحات بسیار نازک سرب استفاده شد و از پلی متیل متاکریلات - PMMA - بدلیل چگالی کم بعنوان کاهنده انرژی پروتون استفاده شد. شبیه سازی داده های مورد نظر در فلوکا صورت گرفت.
-3 نتایج و بحث
در این بخش نتایج حاصل از شبیهسازی توسط کد فلوکا آورده شده است.با توجه به مشخصات پرتو ایجاد شده با 50 مگا الکترون ولت پرتو پروتون و باتوجه به نمودار1 در حالت شبیه سازی ،پرتوشکل گوسی را دارد اما در وضعیت تجربی شکل پرتو به مدل گوسی نزدیک است و این تفاوت را می توان به خطاهای تجربی مانند نوسانات انرژی پرتو و ناخالصی مواد نسبت داد.نمودار 2 نمودار Bragg peak مربوط به پیش بینی داده هایی است که در داخل آب شبیه سازی شده است. تفاوت چند میلی متری مشاهده شده بین داده های شبیه سازی شده و اندازه گیری شده مربوط به خطاهای تجربی است که قبلأ ذکر شد و همچنین حضور درصدی از هوای اتمیک بین اسکترهای سیستم و IP است. از آنجا که ضخامت لنزهای اول و دوم چندان ناچیز نیست از دست دادن انرژی حدود 5 مگا الکترون ولت پیش بینی شده است.
