Ακριβής προσδιορισμός παραμέτρων ποιότητας δέσμης ακτινοβολίας στην ακτινοθεραπεία με τη βοήθεια επαναληπτικών υπολογιστικών μεθόδων monte carlo

Abstract

The present study aimed to develop a user code to simulate linear accelerator heads using Monte Carlo code EGS4. The McRad /EGS4 code was originally run on a DEC 300-M600 Alfa workstation (Digital Equipment) using the FORTRAN compiler running under VMS. In the present work the code has been compiled and installed on a PC. The two implementations have been compared and there were no significant statistical differences between the results The McRad/EGS4 code has been used to calculate the energy spectra on different points across the field of Saturne 25 / 41 . The energy spectra have been used to investigate the change quality of the photon beam due to the present of the flattening filter. These calculations were made along the central ray and at 10, 17, and 24 cm off axis rays. The analysis of the results showed that as the distance from the central axis increases from 0 to 24 cm the mean energy of the 6 MV beam decreases 26.2%, for the 12 MV 19.7%, 28% for the 15 MV and 30.4% for the 23 MV. If the flattening is not present these values are 7.1%, 12.7%, 14% and 18.6% respectively. The Monte Carlo simulation of two linear accelerators, Saturne 25 and 41, allowed us to study the influence of electron contamination in various therapeutic energies and in different geometries. The contribution of the secondary contamination electrons on the surface dose is 16% for 6 MV and 12 MV, 6% for 15 MV and 17% for 23 MV. The energy spectra of electrons coming from the flattening filter and the air below it are completely different. The air produces electrons of low energies. The mean energies of these spectra vary from 1 MeV to 2 MeV depending on the nominal energy of the photon beam. The secondary electrons generated by the flattening filter produce a wide energy spectrum with mean energies of the same order of the bremsstrahlung spectrum. The flattening filter absorbs the secondary electrons generated in the target, the primary collimator and the air inside the head.

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας αναπτύχθηκε κώδικας χρήστη που με τη βοήθεια του Monte Carlo κώδικα EGS4 προσομοιώνει αξιόπιστα γραμμικούς επιταχυντές. Ο κώδικας χρήστη McRad και ο Monte Carlo κώδικας EGS4 αναπτύχθηκαν αρχικά σε σύστημα DEC 300-Μ600 Alfa workstation (Digital Equipment) χρησιμοποιώντας τον μεταφραστή της FORTRAN για σύστημα VMS. Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης ο κώδικας μεταφράστηκε έτσι ώστε να μπορεί να εγκατασταθεί και να τρέχει αξιόπιστα σε οποιοδήποτε PC. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι ο κώδικας σε PC δίνει στατιστικώς ισοδύναμα αποτελέσματα με το workstation. Με τη μέθοδο Monte Carlo υπολογίστηκαν τα ενεργειακά φάσματα σε διάφορα σημεία του πεδίου κα μελετήθηκε η μεταβολή της ποιότητας της δέσμης κατά μήκος του άξονος του πεδίου ακτινοβόλησης λόγω της παρουσίας του φίλτρου επιπεδότητας για ενέργειες 6 MV, 12 MV, 15 MV και 23 MV των Γραμμικών Επιταχυντών Saturne 25 και 41. Συγκεκριμένα μια αύξηση της απόστασης από τον κεντρικό άξονα από 0 σε 24cm ελαττώνει τη μέση ενέργεια κατά 26.2% για τα 6 MV, 19.7% για τα 12 MV, 28% για τα 15 MV και 30.4% για τα 23 MV. Η ενεργειακή ανομοιογένεια της δέσμης είναι μικρότερη όταν στη δέσμη δεν παρεμβάλλεται το φίλτρο επιπεδότητας. Έτσι η μεταβολή για τα 6 MV γίνεται 7.1% για τα 12 MV γίνεται 12.7%, για τα 15MV γίνεται 14% και 18.6% για τα 23MV. Διερευνήθηκαν οι πηγές ηλεκτρονικής μόλυνσης στους ίδιους επιταχυντές καιυπολογίστηκε η αύξηση της δόσης δέρματος εξαιτίας της ηλεκτρονικής μόλυνσης. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων δείχνουν ότι τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια αυξάνουν την δόση επιφανείας 6% στην δέσμη των 15 MV, 16% στα 6 και 12 MV και 17% στα 23 MV. Η μέγιστη συνεισφορά παρατηρείται σε βάθος 2 mm στην δέσμη των 12 MV που είναι 22%, 18% στα 6 mm στην δέσμη των 15 MV και 25% στα 6 mm στην δέσμη των 23 MV. Όσο μεγαλώνει η ενέργεια της δέσμης τόσο ελαττώνεται το ποσοστό των ηλεκτρονίων που παράγεται στον αέρα κάτω από την κεφαλή του γραμμικού.