شبيه سازي مونت كارلو پروتون درماني براي سرطان پستان در فانتوم پستان فشرده شده

Monte Carlo Simulation of proton therapy for breast cancer in compressed breast phantom

زمينه: به‌طور معمول در يك فرآيند پرتو درماني با فوتون علاوه ‌بر سلول‌هاي سرطاني، به سلول‌هاي سالم نيز آسيب وارد مي‌شود؛ اما در پروتون درماني اين آسيب‌هاي ناخواسته به حداقل خود مي‌رسند. زيرا پروتون بيشترين ميزان انتقال خطي انرژي را در ناحيه انتهاي مسير خود كه به قله براگ مشهور است وارد مي‌كند. در اين مطالعه، بازه‌ي مفيد انرژي براي درمان سرطان پستان و شار ذرات ثانويه توليد شده در فرآيند پروتون درماني، براي تعيين ريسك ابتلا به سرطان ثانويه و خسارت به قلب و ريه، مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه، ابتدا يك فانتوم پستان فشرده شده به شكل نيم استوانه را با استفاده از كد MCNPX شبيه‌سازي كرده و سپس پرتوي پروتون را با بازه‌ي انرژي 1 مگا الكترون ولت به سمت فانتوم ترابرد كرده و تاثير اين پرتو بر روي تومور مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: محاسبات نشان مي‌دهد، بهترين بازه ي انرژي براي درمان توموري با ضخامت 6 ميلي‌متر در عمق 14 ميلي‌متري از سطح فانتوم پستان در محدوده 41 تا 48 مگا الكترون ولت مي‌باشد. در اين مطالعه، ميزان شار ذرات ثانويه مانند نوترون و فوتون توليدي برحسب انرژي پروتون ورودي محاسبه شده و نمودار تغييرات شار اين ذرات برحسب انرژي رسم شده است. با توجه به نمودار شار نوترون، طيف نوترون يك شدت قابل توجهي براي نوترون‌هاي با انرژي پايين دارد كه با افزايش انرژي نوترون، شار آن كاهش مي‌يابد. همچنين در نمودار شار فوتون‌ها، قله‌هايي مشاهده مي‌شود كه در نتيجه برانگيختگي هسته عناصر 31P، 12C و 16O مي‌باشد، كه در اين برانگيختگي، 12C بيشترين شار فوتون را توليد مي‌كند. نتيجه‌گيري: پروتون درماني از دقت بالاتري نسبت به راديوتراپي معمولي برخوردار است و آسيب‌هاي كمتري به سلول‌هاي سالم خارج از محدوده تومور وارد مي‌كند. زيرا در بازه‌ي انرژي مفيد محاسبه شده، بيشترين دوز يا آسيب به تومور وارد مي‌شود. اما با اين حال در اين روش درماني ذرات ثانويه ناخواسته‌اي توليد مي‌شوند كه ممكن است به سلول‌هاي ديگر اطراف تومور صدمه وارد كنند.

Background: Generally in radiotherapy via photon, healthy cells can be damage besides cancer cells; but in proton therapy these additional harms reach to its minimum. Because, proton deposit its maximum linear energy at the end of its trajectory known as Bragg pick. In this study, efficient range of energy in breast cancer treatment and estimation of secondary particle flux in proton therapy for indicating subsequent cancer risk is considered. Materials and Methods: In this study, at first we have simulated a semi-cylinder compressed breast phantom via MCNPX code and then we applied proton energy with 1MeV step in semi-cylinder phantom. Afterward, we have studied effects of this beam on tumor. Results: The calculations show that the proper energy interval for tumor treatments with a thickness of 6mm with depth of 14 mm from the surface of the breast phantom is 41-48 MeV. In this study, secondary particle flux like neutron and photon with respect to proton initial energy has been calculated. Furthermore, flux diagram of these particle versus energy have been plotted. In neutron flux graph, the neutron spectrum has a significant intensity peak at low energy and flux intensity decreases smoothly as neutron energy increases. Also, in the photon flux spectrum, observed peaks are as a result of excitations in 31P, 12C, 16O nuclei. 12C nuclei produce maximum photon flux. Conclusion: Proton therapy is more precise than conventional radiotherapy and cause less damage to healthy non tumor cells. Because in the useful calculated range of energy, maximum dose or damage is exerted on tumor. However, this treatment method produces secondary particles that maybe damage other cells around the tumor.