IranPAC2015

The effect of knee prosthesis in a patient's body on radiotherapy dose distribution: Monte Carlo study

Not scheduled

15m

سالن همایش‌ها (پژوهشگاه دانش‌های بنیادی)

Poster کاربردها در پزشکی

Speaker

Ms Sadaf Bagheri (Arak University of Sciences)

Description

Abstract Introduction: The presence of metal prostheses in the body of patients under radiotherapy affects the dose distribution. Density and high atomic number metal prosthesis used in the body make many changes in radiation attenuation and scattering. In this study the effect of knee metal prosthesis with different dimensions and materials on radiotherapy dose distribution has evaluated. Methods: In this research linear Accelerator Varian 2100 C/D with energy 6 MV and water phantom (body equivalent) have simulated by MCNPX code. In order to evaluate the accuracy of simulation, results of percentage depth dose and profile curves from simulation have compared with experimental dosimetry measurements. Photon beam dose distribution in water phantom (10 × 10 cm2), with and without knee prosthesis of chrome-cobalt-molybdenum, steel, titanium and titanium alloy have evaluated in men and women by using Monte Carlo simulation. Results: The percentage depth dose and dose profiles obtained from the simulation were in agreement with experimental dosimetry. The comparison of the dose distribution with and without prosthesis showed dose increasing when the prosthesis was exist. May be this increasing is because of scattered electrons from the metal surface at tissue- metal interface. In addition, due to beam passing through the metal because of beam attenuation, dose at the end of the metal was reduced. The results showed dose increasing up to 6.8%, 6.1%, 5.1%, and 3.7% and dose reducing 41.18%, 40.66%, 37.76% and 37% for male knee prosthesis made of cobalt-molybdenum-chromium alloy, stainless steel, titanium alloy and titanium, respectively. Also increasing the dose to 6.4%, 5.9%, 4.9% and 3.5% and reducing the dose to 40.87%, 40.36%, 37.4% and 36.6% for female prosthesis made of chromium-cobalt-molybdenum alloy, stainless steel, titanium and titanium alloy, respectively, was observed. Maximum dose reduction in profile curves in male prosthesis made of chromium-cobalt-molybdenum alloy, steel, titanium and titanium alloys was 46.6%, 45.3%, 37.8 and 34.4% and for female prosthesis was 45.4%, 43.5%, 34.9% and 33% respectively. Conclusion: The effect of prosthesis size is more important in prosthesis with large dimensions and the effect of gender has importance when part of the knee bone is in the prosthesis shadow. Generally the effect of prosthesis on the dose distribution depends on its gender and Cross section. According to the obtained values, the use of titanium and titanium alloy prosthesis for knee replacement is recommended. With prosthesis existence under- or over-dosage of the tumor, or an increase in dose in organs at risk, may occur. In order to avoid this risk, it is recommended to design a treatment planning technique using fields which are not administered through the prosthesis. Keywords: Dose distribution, knee Prosthesis, Monte Carlo simulation, Treatment planning

چکیده به فارسی

چکیده
مقدمه : وجود پروتزهای فلزی در بدن بیمار سرطانی تحت پرتودرمانی بر توزیع دوزدرمانی تاثیر می گذارد. چگالی و عدداتمی بالای پروتزهای فلزی به کار رفته در بدن، در میزان تضعیف و پراکندگی پرتو تغییرات زیادی ایجاد می کنند. در این تحقیق تاثیر پروتزهای فلزی زانو با ابعاد و جنس های مختلف در مسیر پرتو فوتونی بر توزیع دوز پرتودرمانی بررسی شده است.
روش ها : در این تحقیق، شتاب دهنده خطی واریانC/D 2100 با انرژیMV 6و فانتوم آب معادل بافت بدن توسط کد MCNPX شبیه سازی گردید. جهت بررسی صحت و دقت شبیه سازی انجا شده، نتایج درصددوز عمقی و پروفایل های دوز بدست آمده از شبیه سازی با مقادیر دزیمتری تجربی مقایسه شد. توزیع دوز باریکه فوتونی در میدان 10×10 سانتیمتر مربع، در فانتوم آب با و بدون حضور پروتزهای به کار رفته در زانوی مردان وزنان از جنس های آلیاژ کروم_کبالت_مولیبدن، استیل، تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ها :مقادیر درصد دوز عمقی وپروفایل های دوز بدست آمده از شبیه سازی با مقادیر اندازه گیری شده سازگاری خوبی نشان داد. مقایسه توزیع دوز با و بدون پروتز، نشان دهنده افزایش دوز هنگام وجود پروتز بود که این افزایش می تواند ناشی از الکترون های پس پراکنده شده از سطح فلز در فصل مشترک فلز با بافت باشد.علاوه بر آن، در اثر عبور پرتو از میان فلز به علت تضعیف پرتو، کاهش دوز در انتهای فلز نشان داده شد. با توجه به مقادیر درصد دوز عمقی، افزایش دوز حداکثر 8/6%، 1/6% ، 1/5 % و 7/3% و کاهش دوز 18/41%، 66/40%، 76/37%و 37% برای پروتز با ابعاد مفصل زانوی مردانه از جنس های آلیاژ کروم_کبالت_مولیبدن، استیل، آلیاژ تیتانیوم و تیتانیوم به ترتیب مشاهده شد. همچنین افزایش دوز 4/6%، 9/5 % ،9/4% و5/3% و کاهش دوز 87/40% ، 36/40% ،4/37% و 6/36% به ترتیب برای پروتز زنانه از جنس های آلیاژ کروم_کبالت_مولیبدن، استیل، آلیاژ تیتانیوم و تیتانیوم محاسبه شد. بیشترین مقدار کاهش دوز براساس مقادیر پروفایل دوز، برای پروتز مردانه از جنس های آلیاژ کروم_کبالت_مولیبدن، استیل، آلیاژ تیتانیوم و تیتانیوم، به ترتیب 6/46 % ،3/45 % ،8/37 % و 4/34 % و برای پروتز زنانه برای هر چهار جنس به ترتیب ،4/45 % ، 5/43 % ، 9/34 % و 33 % بدست آمد.
بحث و نتیجه گیری : اثر اندازه پروتز با بزرگتر شدن آن مهم است و اثر جنس، زمانی که قسمتی از استخوان زانو در سایه پروتز واقع شود، اهمیت بیشتری می یابد. به طور کلی تاثیر پروتز بر توزیع دوز به جنس و سطح مقطع پروتز بستگی دارد. با توجه به مقادیر بدست آمده، استفاده از پروتزهایی از جنس آلیاژ تیتانیوم و تیتانیوم برای تعویض مفصل زانو توصیه می شود. وجود پروتز می تواند باعث افزایش یا کاهش دوز در تومور یا افزایش دوز در ارگانهای حساس اطراف شود. برای جاوگیری از این پدیده توصیه می شود به هنگام طراحی درمان بیمارانی که دارای پروتز هستند درصورت امکان پرتو به گونه ای تابیده شود که پروتز در مسیر تابش قرار نگیرد.
کلمات کلیدی : توزیع دوز ، پروتز زانو ، شبیه سازی مونت کارلو، طراحی درمان

Peer reviewing

Paper

Accepted on 17 Nov 2015 by Javad Rahighi

Paper files: