Využití range-shifteru v protonové radioterapii

Abstract

Energetická modulace svazku umístěná za cyklotronem umožňuje měnit energii primárního svazku od cca 230 MeV do cca 110 MeV. V případě, že je alespoň část cílového objemu v měkké tkáni uložena v hloubce menší než 9 cm (dosah odpovídající cca 110 MeV), po celé ozařování se na konec trysky přidává blok, který ještě sníží energii primárních protonů ? range-shifter. Současně s žádoucím snížením energie svazku se však svazek také kontaminuje sekundárními částicemi a dochází tak k větší variabilitě směrů primárních částic opouštějících range-shifter oproti vstupujícím částicím ? roste rozptyl, přesněji šířka svazku. Pro správné použití takovéhoto modifikátoru svazku je třeba znát vlastnosti svazku, který jím prošel ? rozbíhavost, energetická a LET spektra primárních i sekundárních částic, dávkovou hloubkovou křivku, profily apod. Některé z těchto vlastností lze změřit, jiné se přesně měří obtížně, a je proto výhodné k jejich odhadu využít simulaci Monte Carlo. Pro zhodnocení vlivu range-shifteru na svazek byly vypracovány tři sady simulací, které se zaměřily na efekty způsobené různou tloušťkou range-shifteru při stejné primární energii protonů a dále při různé primární energii protonů, ale stejné pozici/hloubce maxima Braggova píku. Změny vlastností protonového svazku i produkovaných sekundárních částic jsou v práci dále diskutovány. Provedené výpočty umožňují hlubší pochopení chování svazku při použití range-shifteru a v důsledku mohou přispět k lepšímu stanovení terapeutického plánu.

A proton beam that is produced in a cyclotron has a specific level of energy that can be adjusted using an Energy Selection System to the energy range from circa 230 MeV to circa 110 MeV. If the target volume in soft tissue is placed in the depth less than 9 cm (corresponding to the energy of circa 110 MeV), the range-shifter is placed at the end of the nozzle to reduce the primary protons energy even more. Besides the useful reducing of beam energy, the secondary adverse radiation is produced during this process, and the dispersion of particles leaving the range-shifter increases. For the right use of such beam modifier, it is necessary to know the characteristics of the beam going through the range-shifter ? dispersion, energy and LET spectrum of primary and secondary particles, depth dose curve, profiles, etc. Some of the characteristics can be measured, however, to measure other of them is difficult. Hence, their Monte Carlo calculations can be profitable. Three sets of simulations were prepared and performed to evaluate the effect of range-shifter. The simulations focused on effects caused by different thickness of range-shifter for the fixed primary proton energy, and for different primary proton energy with a fixed depth of Bragg peak maximum. In the work, the changes of proton beam characteristics as well as of secondary particles are discussed. Accomplished calculations allow deeper understanding of beam characteristics when the range-shifter is used. Consequently, they can contribute to better adjustment of treatment plan.