به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

geant4 code

در نشریات گروه پزشکی
  • فرزاد عیسی زاده، اکبر عبدی سرای*
    پیش زمینه و هدف

    PET یک روش تصویربرداری بسیار مفید و مناسب در پزشکی هسته ای می باشد. در این روش از پوزیترون های با انرژی خاص برای تصویربرداری استفاده می شود. عناصر موجود در گروه لانتانیدها برای واپاشی پوزیترون های با انرژی مشخص برای استفاده در PET  مناسب هستند. پراسیودیمیوم 139 با نیمه ی عمر 5/4 ساعت، یکی از عناصر مفید گروه لانتانیدها است که در PET قابل استفاده می باشد. در این مطالعه واکنش 140Ce(p,2n)139Pr برای تولید رادیوداروی پراسیودیمیوم-139 ، توسط کد TALYS با چهار مدل متفاوت و همچنین توسط کد مونت کارلوی GEANT4 شبیه سازی شد. هدف از این شبیه سازی، محاسبه ی سطح مقطع واکنش و بهره ی تولید پراسیودیمیوم-139 در هدف سریوم-140 پرتودهی شده با پروتون می باشد.

    مواد و روش کار

    مقادیر سطح مقطع و بهره ی تولید پراسیودیمیوم-139 از طریق واکنش 140Ce(p,2n)139Pr  با استفاده از کدهای TALYS و GEANT4 محاسبه و تغییرات برد پرتابه پروتون در هدف سریوم-140 با استفاده از کدهای SRIM و GEANT4 شبیه سازی شد.

    یافته ها

    تغییرات برد پروتون با استفاده از کدهای SRIM و GEANT4 در هدف سریوم-140 به ازای انرژی های مختلف پروتون های فرودی نشان داده شده است. برد پروتون در سریوم-140 در انرژی  MeV5/22 به ترتیب 1610 و 5/1637 میکرومتر محاسبه شد. سپس مقادیر سطح مقطع شبیه سازی شده با استفاده از کدهای TALYS و GEANT4 به ازای انرژی های مختلف پروتون های فرودی با داده های تجربی مقایسه شده اند. در انرژی  MeV5/22، سطح مقطع پراسیودیمیوم-139 در واکنش 140Ce(p,2n)139Pr بیشترین مقدار را دارد. مقادیر سطح مقطع به دست آمده در این انرژی با استفاده از این دو کد به ترتیب 7/1150 و 4/1350 میلی بارن است. مقدار بهره ی تولید در ضخامت ضخیم از هدف سریوم-140 به ازای انرژی های مختلف پروتون محاسبه شد. همچنین مقدار بهره ی تولید در انرژی  MeV22 با استفاده از این کدها به ترتیب 1/1832 وMBqµA-1h-1  83/1782 محاسبه شد.

    بحث و نتیجه گیری

    مقایسه ی نتایج حاصل از شبیه سازی برای تولید رادیوداروی پراسیودیمیوم-139 از طریق واکنش 140Ce(p,2n)139Pr با استفاده از کد TALYS و روش مونت کارلوی GEANT4 و SRIM نشان می دهد که توافق خوبی با داده های تجربی دارند. همچنین می توان بدون صرف وقت و هزینه ی زیاد و مواد آزمایشگاهی و قبل از تولید رادیودارو، واکنش موردنظر را با استفاده از این کدها شبیه سازی نمود و مقادیر بهره ی تولید و بازه مناسب انرژی را برای تولید رادیودارو پیش بینی کرد.

    کلید واژگان: پراسئودیمیوم-139، کد GEANT4، کد TALYS، سطح مقطع، بهره ی تولید، شتاب دهنده
    Farzad Isazadeh, Akbar Abdi Saray*
    Background & Aim

    PET is a very useful and suitable imaging method in nuclear medicine. This method uses positrons with a special energy for imaging. The elements of the lanthanide are suitable for the decay of positrons with a specific energy for use in PET. Praseodymium-139 with a half-life of 4.5 hours is one of the useful elements in the group of lanthanides that can be used in PET. In this study, the 140Ce (p,2n)139Pr reaction to produce the useful radiopharmaceutical Praseodymium-139 was simulated by the TALYS code with four different models and also by the GEANT4 Monte Carlo code. The purpose of this simulation is to calculate the cross-sectional area of the reaction and the production efficiency of praseodymium-139 in the proton irradiated cerium-140 target.

    Materials & Methods

    The values of cross-section and production yield of Praseodymium-139 have been obtained through 140Ce(p,2n)139Pr reaction using TALYS and GEANT4 codes and the proton projectile range changes in the cerium-140 target were simulated using SRIM and GEANT4 codes.

    Results

    Proton range changes are shown using the SRIM and GEANT4 codes in the Cerium-140 target for different energies of the entrance protons. The range of protons in cerium-140 at 22 MeV energy was calculated to be 1610 and 1637.5 micrometers, respectively. Then the cross-sectional values simulated using TALYS and GEANT4 codes for different energies of the entrance protons were compared with the experimental data. At the energy of 5.22 MeV, the cross section of Praseodymium-139 has the maximum amount in the reaction 140Ce(p,2n)139Pr. The thickness of the production thickness was calculated from the target of cerium-140 for different proton energies. The cross-sectional values obtained in this energy using these two codes are 1150.7 and 1350.4 bar, respectively. Also, the amount of product yield in the energy of 22 MeV was calculated using these codes, 1832.1 and 1782.83 MBqµA-1h-1, respectively.

    Discussion and conclusion

    Comparison of the simulation results for the product of praseodymium-139 radiopharmaceuticals through the 140Ce(p,2n)139Pr  reaction using the TALYS code and the GEANT4 and SRIM Monte Carlo methods show that they are in good agreement with the experimental data. It is also possible to simulate the desired reaction using these codes without spending a lot of time and money and laboratory materials and before the production of radiopharmaceuticals, and to predict the values of production efficiency and the appropriate range of energy for the production of radiopharmaceuticals.

    Keywords: Praseodymium-139, GEANT4 code, TALYS code, cross section, production efficiency, accelerator
  • اقدس سهیلی جباره ناصرو، لادن رضایی*
    مقدمه

    اخیرا، استفاده از حساس کننده های مختلف، برای افزایش دز ناشی از فوتون در براکی تراپی، مرسوم شده است. یکی از این موارد، اضافه نمودن نانوذرات عناصر سنگین مانند طلا، در ناحیه هدف است که به دلیل افزایش احتمال اثر فوتوالکتریک، تولید الکترون های یونیزه کننده محیط، افزایش یافته و بازدهی درمان را بالا می برد. در این پژوهش، شبیه سازی تابش فوتون به سلول های اندوتلیال در دیواره مویرگ های خونی واقع در بافت داخل تومور، انجام می گیرد که در صورت تخریب آن ها، خون رسانی به سلول های تومور، دچاراختلال شده و مرگ سلول تومور را در پی خواهد داشت.

    روش بررسی

    اثر استفاده از نانو ذرات طلا، نقره، بیسموت و مس، با محاسبه نسبت افزایش دز، به کمک ابزار Geant4 ارزیابی گردیده است که بر اساس روش محاسباتی مونت کارلو انجام می گیرد. این محاسبات، در دو مقیاس میکروسکوپی (ابعاد سلولی) و مقیاس ماکروسکوپی (ابعاد تومور) انجام گرفته است و اثر این نانوذرات، با یکدیگر مقایسه شده است. هم چنین، نسبت افزایش دز، برای تعیین مناسب ترین بازه انرژی فوتونی ارزیابی گردیده است.

    نتایج

    با افزایش غلظت نانوذرات، مقدار نسبت افزایش دز برحسب انرژی فوتون، افزایش می یابد. هم چنین برای انرژی های کمتر از keV70، با افزایش انرژی، نسبت افزایش دز بیشتر می شود و برای انرژی های بالاتر از keV80، این کمیت، با افزایش انرژی کاهش می یابد.

    نتیجه گیری

     از نظر مقدار دز، طلا بهترین گزینه، و از نظر نسبت افزایش دز برحسب انرژی فوتون، نقره و بیسموت گزینه مناسب تری از بین چهار عنصر مورد بررسی می باشند. هم چنین، مناسب ترین بازه انرژی فوتونی، keV70 تا keV80 می باشد.

    کلید واژگان: نانو ذره، نسبت افزایش دز، کد Geant4، براکی تراپی
    Aghdas Sohayli Jabbareh Naseroo, Ladan Rezaee*
    Introduction

    Recently, the use of various sensitizers has been used to increase photon-induced doses in brachytherapy. One of these cases is the addition of heavy metal nanoparticles such as gold in the target area, which increases the production of ionizing electrons by increasing the possibility of photoelectric effects, and increases the efficacy of the treatment. In this study, the target of the irradiation was the endothelial cell in the wall of blood capillaries located inside the tumor, which, if destroyed, would result in abnormal blood cell counts and tumor cell death.

    Methods

    The effect of using nanoparticles of gold, silver, bismuth and copper has been evaluated by calculating the dose increase ratio using Geant4 tool that was based on Monte Carlo method. These calculations were performed on two microscopic (cellular) and macroscopic (tumor dimensions) scale and the effects of different concentrations of these nanoparticles were compared. Also, the dose increase ratio has been evaluated to determine the most appropriate photon energy range.

    Results

    As the concentration of nanoparticles increases, the dose enhancement factor increased in photon energy. In addition, for energies less than 70 keV, with increasing energy, dose enhancement factor increased and for energies above 80 keV, this quantity decreased with increasing energy.

    Conclusion

    In terms of dose, gold is the best option, and in terms of the dose enhancement factor, silver and bismuth are better alternative among the four elements studied. Also, the most suitable photon energy range is 70 keV to 80 keV.

    Keywords: Nano particle, Dose enhancement factor, Geant4 code, Brachytherapy
  • علیرضا خزانی، اکبر عبدی سرای*
    پیش زمینه و هدف

    رایج ترین روش در پرتودرمانی خارجی، استفاده از باریکه های فوتون، پروتون، نوترون و یون های سنگین است. هادرون تراپی برای از بین بردن بافت های سرطانی با استفاده از ذرات یونیزان می باشد درصورتی که کم ترین آسیب به بافت های سالم برسد، حائز اهمیت است. هدف از این تحقیق ارزیابی میزان دز، انرژی و شار در تومور سرطانی داخل بافت کبد و نیز ذرات ثانویه حاصل از هادرون ها، به روش شبیه سازی مونت کارلوی Geant4 می باشد.

    مواد و روش کار

    در این مطالعه ی تحلیلی-کاربردی با استفاده از نرم افزار Geant4، شبیه سازی فانتوم بدن انسان و توموری که در داخل بافت کبد قرار دارد انجام شد. دز عمقی، انرژی و شار برای چشمه های کربن و بورون انرژی های فرودی متفاوت به دست آمد و ناحیه تقریبی بافت هدف به روش برون یابی داده ها تعیین شد.

    یافته ها

    همان طور که مشاهده شد با افزایش انرژی باریکه فرودی، قله ها پهن تر و بیشینه مقدار آن ها (بیشینه دز جذبی) کاهش می یابد، زیرا برد ذره فقط به انرژی اولیه آن بستگی دارد و بعد از گذراندن دنباله در انتها، در زیر قله براگ، انرژی تخلیه شده برای ذرات با انرژی های مختلف تقریبا یکسان است. طبق شبیه سازی انجام شده بهترین بازه انرژی جهت شروع برهمکنش و ایجاد پیک براگ پرتو فرودی در محدوده هدف (تومور) در این پژوهش، برای بورون  از 1805 تا  MeV2075 و برای کربن از 2415 تا MeV 3015 می باشد.

    بحث و نتیجه گیری

    هادرون درمانی از دقت بالاتری نسبت به رادیوتراپی معمولی برخوردار است و آسیب های کم تری به سلول های سالم خارج از محدوده تومور وارد می کند. زیرا در بازه انرژی مفید محاسبه شده، بیشترین دز یا آسیب به تومور وارد می شود. نتایج دز عمقی، انرژی و شار ذرات در تومور داخل بافت کبد فانتوم شبیه سازی شده و مشاهده گردید که هادرون ها بعد از طی مسافتی، حداکثر دز و انرژی خود را در ناحیه بافت هدف (تومور) برجای می گذارند.

    کلید واژگان: فانتوم بدن انسان، پرتودرمانی، یون سنگین، هادرون تراپی، روش مونت کارلو، کد Geant4
    Alireza Khazani, Akbar Abdi Saray*
    Background & Aim

     The most commonly used method for external radiation therapy is the use of photons, protons, neutrons, and heavy ions. Hadron therapy is used to eliminate cancerous tissues by using ionizing particles which will bring less damage to healthy tissues.The aim of this study was to evaluate the dose, energy, and flux in a cancerous tumor in the liver and also secondary particles produced by hadrons, which is using the Geant4 Monte Carlo simulation.

    Materials & Methods

    In this analytical and applied study by using the Geant4 Monte Carlo Codes, the human body phantom and the tumor that was inserted inside the liver tissue, were simulated. In the method of hadron therapy with different energies, dose deposit, energy, and flux, for carbon and boron were obtained and the approximate area of the target tissue was determined by extrapolation of data.

    Results

    As observed, as the energy of the beam increases, the peaks become wider and their maximum value (maximum absorbed dose) decreases, because the particle path, depends only on its primary energy. In this study, according to the simulation, the best energy range to start the interaction and Bragg's peak in the tumor area, for boron, is 1805 to 2075 MeV, and for carbon is 2415 to 3015 MeV.

    Conclusion

    Hadron therapy is more accurate than conventional radiotherapy because of less damage to healthy cells around the tumor. As a result, in the calculated useful energy, the highest dose or destruction caused by radiation is only given to the tumor tissue. The results obtained from the doses, energy, and flux in the simulated liver tissue tumor showed that the hadrons after a long-distance leave the highest dose and energy in the tumor area.

    Keywords: Human phantom, radiation therapy, heavy-ion, hadron therapy, Monte Carlo method, Geant4 Code
  • لادن رضایی*
    زمینه و هدف
    در پرتودرمانی، یون های اکسیژن، دارای فواید بیشتری از نظر خواص بیولوژیکی نسبت به یون های سبک تر نظیر پروتون است. اکسیژن، دارای انتقال خطی انرژی (LET-Linear Energy Transfer) بیشتر و اثر بیولوژیکی نسبی (RBE-Relative Biological Effectiveness) بزرگ تری هستند. برای طراحی قله براگ گسترش یافته (SOBP-Spread-Out Bragg Peak) از دوز بیولوژیکی، روشی کاربردی را با محاسبات مونت کارلو و محاسبات ماتریسی طراحی کرده ایم. این روش را برای پرتوهای اکسیژنی و نیز پروتونی به کار برده ایم.
    روش کار
    پس از استخراج پروفایل های قله براگ، توسط کد Geant4، ضرایب وزنی شدت برای هر پرتو برای ایجاد یک SOBP یکنواخت استخراج شده است. همچنین مقدار RBE با توجه به مدل خطی-درجه دوم (LQ) محاسبه گردیده است. نمودار دوز بیولوژیکی، دوز فیزیکی و سطح بقای سلولی در تابش هر دو یون نیز به دست آمده است.
    یافته ها
    SOBP بیولوژیکی طراحی شده، یکنواختی مطلوبی را نشان می دهد. دوز فیزیکی حاصل از پرتوهای پروتونی و اکسیژنی تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند، اما برای دوز بیولوژیکی، اختلاف فاحشی بین آن دو وجود دارد. حتی با وجود تنظیم شدت پرتوها برای ایجاد یک دوز بیولوژیکی یکسان، نمودار سطح بقای سلولی، تفاوت بسیار زیادی با یکدیگر خواهند داشت.
    نتیجه گیری
    ویژگی ها و اثرات بیولوژیکی اکسیژن نسبت به پروتون، برای بهینه سازی سیستم برای رساندن حداکثر آسیب به بافت تومور و حداقل آسیب به بافت های سالم اطراف می تواند انتخاب مناسبی باشد. وجود جداول غنی تر از مقادیر تجربی برای پارامترهای موثر بر مقدار اثر بیولوژیکی نسبی در تابش اکسیژن، دقت در این بهینه سازی را شدیدا بالا می برد.
    کلید واژگان: هادرون تراپی، کد Geant4، دوز فیزیکی، دوز بیولوژیکی، اثر بیولوژیکی نسبی لینی
    Ladan Rezaee*
    Background
    In radiation therapy, oxygen ions have more biological benefits than lighter ions such as proton. Oxygen has a higher Linear Energy Transfer (LET) and a larger Relative Biological Effectiveness (RBE). To design the Spread-Out Bragg Peak (SOBP) of biological doses, we have developed a functional approach with Monte Carlo calculations and matrix computations. We have used this method for both oxygen and proton beams.
    Methods
    After obtaining the profiles of the Bragg Peak by Geant4 code, intensity weighing factors for each beam was calculated to create a uniform SOBP. Also, the RBE value was calculated according to the Linear-uQadratic model (LQ). Biological dose, physical dose, and cell survival levels were also obtained in the radiation of both ions.
    Results
    The designed biological SOBP has a good uniformity. Physical dose derived from proton and oxygen beams do not differ significantly, but for biological dose, there is a sharp difference between them. Even with the modulation of the intensity of the beams to produce the same biological dosage, the cell survival levels chart will vary greatly.
    Conclusion
    The biological properties and effects of oxygen in respect to the proton can be a good choice to optimize the system to maximize damage to the tumor tissue and minimize damage to surrounding healthy tissues. The existence of richer tables of experimental values for the effective parameters on the amount of relative biological effectiveness greatly increases the accuracy of this optimization.
    Keywords: Hadron therapy, Geant4 Code, Physical dose, Biological dose, Relative biological effectiveness
  • لادن رضایی*
    مقدمه
    مطالعه دقیق ویژگی های فیزیکی و بیولوژیکی تابش یون هلیوم بر رده های سلولی مختلف، برای طراحی درمان، امری ضروری است. در این مطالعه، پاسخ بیولوژیکی چندین رده سلولی مختلف در تابش یون 4He بررسی شده است. با توجه به این که در طراحی درمان، نیاز به مقدار دقیق RBE می باشد، برای هر نوع رده سلولی، این کمیت محاسبه شده است.
    روش بررسی
    نوع مطالعه در این پژوهش، به صورت نظری، و شامل مطالعه بر اساس محاسبات مونت کارلو، و نیز استفاده از روابط نیمه تحلیلی است. محاسبات توزیع دز فیزیکی و انتقال خطی انرژی (LET) ، با استفاده از کد مونت کارلوی Geant4 انجام شده است. با بررسی میدان تابشی آمیخته، اثر بیولوژیکی یون های اصلی 4He ، یون های ثانویه 3He و 6He، و نیز پروتون های تولیدی، دوترون ها و تریتون های ثانویه، در محاسبات در نظر گرفته شده است.
    نتایج
    دز بیولوژیکی و سطح بقای سلولی برای رده های سلولی مورد مطالعه مقایسه گردیده است. تغییرات مقدار اثر بیولوژیکی نسبی (RBE) که برای هر رده سلولی متفاوت است، به عنوان تابعی از عمق فانتوم محاسبه گردیده است. نتایج حاصل نشان می دهد که رده های سلولی که دارای بیشترین مقدار (α/β) ph هستند، حساسیت بالاتری را از جهت آسیب دیدن سلولها در مقابل تابش 4He دارند.
    نتیجه گیری
    بین رده های سلولی مورد مطالعه، مناسب ترین مورد برای درمان با یون 4He، رده سلول سرطانی روده بزرگ انتخاب گردیده است. هم چنین با توجه به تغییرات زیاد RBE نسبت به عمق در فانتوم، در نظر گرفتن یک مقدار RBE متغیر به جای RBE ثابت، ضروری است.
    کلید واژگان: هادرون تراپی، کد Geant4، اثر بیولوژیکی نسبی، دز بیولوژیکی، هلیوم
    Ladan Rezaee *
    Introdution: A careful study of the physical and biological properties of helium ion radiation on the various cell lines is essential for the treatment planning. In this study, the biological response of several different cell lines has been investigated in 4He ions.
    Methods
    Physical dose profiles and Linear Energy Transfer (LET) calculations were performed using the Monte Carlo Geant4 code. By studying the mixed radiation field, the biological effect of 4He primary ions, 3He and 6He secondary ions, as well as secondary proton, deuteron and triton are considered in calculations.
    Results
    Biological doses and cell survival levels have been compared for these cell lines. The variation of relative biological effectiveness (RBE) for each cell line is calculated as a function of the phantom depth. The results have shown that the cell lines with the highest (α/β)ph levels have a higher sensitivity to damage cells against 4He radiation.
    Conclusion
    Among the studied cell lines, the most appropriate treatment for 4He ion, the Colon adenocarcinoma cancer cell line has been selected. In addition, due to the large variation in RBE relative to the depth in the phantom, it is necessary to consider a variable RBE instead of a constant RBE.
    Keywords: Hadron Therapy, Geant4 code, Relative biological effectiveness, Biological dose, Helium
  • محمدرضا قاسمی
    مقدمه
    تحقیقات انجام شده با تشعشعات ایکس سینکروترون نشان داده است که روش درمانی با میکرو باریکه های پرتو ایکس در معالجه تومورهای سرطانی مزایای منحصر به فردی دارد. تعیین توزیع دز و محاسبه پارامتر نسبت دز قله به دره در این روش، از مهم ترین مراحل طرح درمان می باشند. نسبت دز قله به دره، معیاری برای سنجش میزان نابودی سلول های سرطانی و حفظ سلول های سالم موجود در اطراف بافت تومور می باشد.
    مواد و روش ها
    با استفاده از یک کلیماتور چند شکافه، پرتوهای ایکس خروجی از یک لامپ مولد اشعه ایکس تبدیل به صفحات باریک موازی شده تا بتوان توزیع دز ناشی از پرتوهای باریک را در یک فانتوم از جنس پلکسی گلاس به دست آورد. اندازه گیری دز جذبی توسط یک اتاقک یونیزاسیون دیسکی انجام شد که به علت بزرگ بودن سطح حساس اتاقک نسبت به پهنای باریکه ها، از یک کلیماتور تنگستنی با یک شکاف به ابعاد mm2 5/7×3/0 در وسط آن و در مقابل اتاقک یونیزاسیون، استفاده شده است. علاوه بر این ، با استفاده از کد شبیه سازی Geant4 مدلی شامل چشمه پرتوهای ایکس، کلیماتور چند شکافه، فانتوم، کلیماتور تک شکافه و آشکارساز طراحی شده است تا بتوان نتایج اندازه گیری و شبیه سازی را مقایسه نمود.
    یافته های پژوهش: بررسی توزیع دز در داخل فانتوم از هر دو روش، وجود قله ها و دره ها را نشان می دهد. در اندازه گیری تجربی به علت پایین بودن شار پرتوهای ایکس و محدودیت زمان پرتودهی، خطای نتایج به دست آمده قابل توجه است. پارامتر نسبت دز قله به دره در عمق 8 میلی متری فانتوم برای کلیماتور mm (W) 5/0+ (Air) mm1 با اتاقک یونیزاسیون و شبیه سازی به ترتیب 7/8 و 5/10 می باشد. در حالی که مقدار این پارامتر با کلیماتور mm (W) 1+ (Air) mm1، 1/11 و 3/13 به ترتیب برای اتاقک و شبیه سازی به دست آمده است.
    بحث و
    نتیجه گیری
    بر اساس نتایج، استفاده از کلیماتور چند شکافه از جنس تنگستن می تواند پرتوهای باریک ایکس ایجاد نماید. برآورد توزیع دز ناشی از پرتوهای مذکور، به روش شبیه سازی با کد Geant4 نسبت به اتاقک یونیزاسیون، از دقت بالاتری برخوردار می باشد که به دلیل امکان تعریف آشکارساز در ابعاد بسیار کوچک تر، در کد Geant4 است.
    کلید واژگان: باریکه های ایکس، دز قله به دره، اتاقک یونیزاسیون، کلیماتور چند شکافه، کد
    Mohammad reza Ghasemi
    Studies carried out with synchrotron radiation have shown that micro-beam radiation therapy (MRT) has unique advantages in the treatment of cancerous tumors. In this method, the determination of dose distribution and calculation of peak to valley dose ratio (PVDR) are considered as the most important steps in treatment planning. The PVDR is a criterion to evaluate the destruction of cancer cells and protection of normal cells in the tissues surrounding a tumor.  
    Materials and Methods
    Using a multi-slit collimator, planar sliced beams were generated in an X-ray generator in order to determine dose distribution in a multilayer phantom made of plexiglass. An ionization chamber was used to measure absorbed dose. Given the large size of the sensitive area of the chamber in comparison with the narrow beams, a mono-slit collimator made of tungsten with a slit of 0.3×7.5 mm2 in its center was placed in front of the ionization chamber. Furthermore, by using Geant4 computer code, a model, including X-ray source, multi-slit collimator, phantom, mono-slit collimator, and detector, was designed to compare experimental and simulation results.

    Findings: The investigation of dose distribution in the phantom with both methods indicated the presence of peaks and valleys. Given the low intensity of X-ray beam generated by the X-ray generator, and limited exposure time, the experimental errors were considerable. When using 1 mm (Air)+0.5 mm (W) collimator, PVDRs were obtained as 8.7 and 10.5 for ionization chamber and simulation, respectively, in the depth of 8 mm of the phantom. On the other hand, with a 1 mm (Air)+1 mm (W) collimator, the values obtained for this parameter were 11.1 and 13.3 for ionization chamber and simulation, respectively.

    Conclusions
    Based on the results, a multi-slit collimator made of tungsten could produce multi-slice X-ray. The estimated dose distribution using the Geant4 code was more accurate than the one obtained through ionization chamber, which can be due to the possibility of using a detector in much smaller dimensions in the Geant4 code
    Keywords: Multi-sliced X-ray, Peak to valley dose ratio, Ionization chamber, Multi-slit collimator, Geant4 code
  • محمدرضا قاسمی *
    مقدمه
    افزایش دز بافت های سرطانی و حفاظت از بافت های سالم یکی از مهم ترین چالش ها در رادیوتراپی می باشد. نشاندار کردن تومور با عناصر سنگین(با عدد جرمی بالا) در روش درمانی فعال سازی فوتونی(Photon Activation Therapy) می تواند دز ناحیه تومور را به صورت گزینشی نسبت به بافت های سالم مجاور افزایش دهد. در این تحقیق، اثر پارامترهای مختلف نظیر انرژی پرتوهای ایکس، نوع و غلظت عوامل فعال ساز، در توزیع دز به منظور افزایش کیفیت درمان، توسط کد شبیه سازی Geant4، بررسی شده است.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه، تاثیر انباشت عناصر طلا و لوتتیوم در بافت هدف پرتودهی شده، با تشعشعات ایکس توسط کد Geant4 بررسی شده است. در مدل طراحی شده، چشمه پرتوهای ایکس، دایره ای به شعاع cm 5/0و فانتوم هم به صورت مکعبی به ضلع cm15 می باشد. آشکارساز به صورت یک مکعب مستطیل به ابعاد 3 cm5/7×3×3 در نظر گرفته شده که تومور فرضی مکعبی شکل به ضلع cm1، در داخل آن قرار دارد.
    یافته های پژوهش: نتایج شبیه سازی با ولتاژهای مختلف لامپ اشعه ایکس برای طلا و لوتتیوم در تومور فرضی نشاندار شده با دو غلظت 5 و 10 درصد وزنی به دست آمده است. برای طلا بیشترین فاکتور افزایش دز(Dose Enhancement Factor) در ولتاژ kV100 لامپ اشعه ایکس و در مورد لوتتیوم، بیشینه DEF در دو ولتاژ kV100 و kV160 مشاهده شده است. نقش موثر عناصر فعال ساز موجب افزایش دز جذبی تومور خواهد شد. علاوه بر این، متوسط DEF، در ولتاژ بهینه لامپ و در ناحیه تومور، با دو برابر شدن غلظت برای طلا و لوتتیوم، به ترتیب 68/1 و 76/1برابر خواهد شد.
    بحث و نتیجه گیری
    بر اساس نتایج این تحقیق، اضافه نمودن یک عنصر فعال ساز فوتونی نظیر طلا و یا لوتتیوم در ناحیه تومور، می تواند دز این ناحیه را در مقابل پرتوهای ایکس با انرژی مناسب، به صورت انتخابی افزایش دهد. نگرش استفاده از عناصر فعال ساز می تواند بهره وری در درمان سلول های سرطانی را بهبود بخشد.
    کلید واژگان: درمان به روش فعال سازی فوتونی، فاکتور افزایش دز، کد Geant4، طلا، لوتتیوم، انرژی بهینه
    Mohammadreza Ghasemi *
    Introduction
    The Increase in cancer tissues dose while protecting the surrounding healthy tissues is regarded a great challenge in radiotherapy. Photon Activation Therapy (PAT), by introducing high-Z elements to tumor, can enhance the delivered dose in tumor tissues while reducing the dose deposited in adjacent normal tissues. In this study, the effects of various parameters such as X-ray energy, type and concentration of the activation agents in the dose distribution have been investigated to improve the quality of treatment by Geant4 simulation code.
    Materials and Methods
    In this study, the effects of introducing Au and Lu in targeted tissues irradiated by X-ray beam have been investigated by Geant4 code. In the designed model, the x-ray source was considered in the shape of a circular plate with the radius of 0/5cm and the phantom in cubic shape with the side of 15cm. Rectangular cubic shape detector dimensions are 3×3×7.5 cm3 and the assumed tumor in cubic shape with the side of 1cm are located inside it.
    Findings:: The simulation results were obtained with different voltages of X-ray generator in labeled tumor by Au and Lu (with two concentrations of 5 and 10 wt. %). Optimum voltage of x-ray generator in order to maximum Dose Enhancement Factor (DEF) by Au was 100kV, while it was observed at 100kV and 160kV for Lutetium. Increasing the absorbed dose for tumor region could reveal the effective role of contrast agents. Furthermore, when the concentration of contrast agents was doubled, average of DEF at the optimum voltage of X-ray generator and in the tumor region, was 1.68 & 1.76 for Au and Lu, respectively.
    Discussion &
    Conclusions
    Based on the results, the absorbed dose in tumor region after introduction of contrast agents with specifying the optimum concentration and photon energy can be increased selectively. This approach of introducing contrast agents could improve the efficiency in the cancerous cells therapy.
    Keywords: photon activation therapy, dose enhancement factor, Geant4 code, gold, lutetium
  • زهرا هاشمی، منصوره تاتاری، سید پژمان شیرمردی *
    مقدمه
    پروتون درمانی یک روش درمان برای انواع تومورها از جمله تومور مغزی است. مهم ترین ویژگی پرتو های پر انرژی پروتون تخلیه ی انرژی به صورت منحنی براگ و امکان ایجاد قله براگ پهن شده، به منظور پوشش دهی کامل تومور است. هدف از این مطالعه پوشش دهی سه بعدی یک تومور مغزی با استفاده از موادی که انرژی را تغییر می دهند، می باشد به طوری که بافت سالم مغز حداقل تابش را دریافت کند.
    مواد و روش ها
    در این مطالعه توموری کروی به شعاع یک سانتی متر داخل مغز در نظر گرفته شد. باریکه پروتون با انرژی MeV 5/86 فانتوم سر اشنایدر (Snyder head phantom) را تحت تابش قرار داد. از چرخ های تعدیل گر و جبران کننده برد از جنس PMMA به ترتیب برای پوشش دهی طولی و پوشش دهی جانبی تومور استفاده شد. شبیه سازی ها با استفاده از کد GEANT4 انجام شده است.
    یافته های پژوهش: با استفاده از چرخ تعدیل گر تومور از لحاظ طولی پوشش داده می شود و قله براگ پهن شده ایجاد می شود. از لحاظ جانبی علاوه بر تومور قسمت هایی از بافت سالم مغز نیز تحت تابش قرار می گیرند. با وجود چرخ جبران کننده برد، پوشش دهی سه بعدی تومور انجام می شود. شار و دز جذبی ذرات ثانویه ی تولید شده از بر هم کنش های هسته ای پروتون ها با عناصر موجود در سر، در حضور چرخ تعدیل گر و چرخ جبران کننده در مقایسه با پروتون ها مقادیر کمی دارند.
    بحث و نتیجه گیری
    با استفاده از چرخ تعدیل گر و چرخ جبران کننده برد می توان تومور را به طور دقیق در سه بعد تحت تابش قرار داد به طوری که کمترین آسیب به بافت های مجاور وارد شود. نتایج نشان می دهند که بیش از 99% دز کل ناشی از ذرات ثانویه و پروتون ها توسط تومور جذب می شود.
    کلید واژگان: پروتون درمانی، تومور مغزی، قله براگ پهن شده، کد مونت کارلوی GEANT4
    Zahra Hashemi, Dr Mansoureh Tatari, Dr Seyed Pezhman Shirmardi *
    Introduction
    Proton therapy is a treatment method for variety of tumors such as brain tumor. The most important feature of high-energy proton beams is the energy deposition as a Bragg curve and the possibility of creating the spread out Bragg peak (SOBP) for full coverage of the tumor. The aim of this study is the three dimensional (3-D) coverage of a brain tumor while healthy brain tissue absorbs less radiation.
    Materials and Methods
    In this study, a spherical tumor with the radius of 1 cm in the brain is considered. A SNYDER head phantom has been irradiated with 86.5 MeV proton beam energy. APMMA modulator wheel and a PMMA range compensator wheel are used for longitudinal and lateral covering of the tumor, respectively. The simulations are performed using GEANT4 code.
    Findings: Using a modulator wheel, the tumor is covered longitudinally and Spread Out Bragg Peak is created. In terms of lateral, in addition to the tumor, portions of healthy brain tissue are irradiated. 3-D coverage of spherical shape tumor is performed using a range compensator wheel. In the presence of modulator and range compensator wheels, the flux and absorbed dose of secondary particles produced by nuclear interactions of protons with elements in the head are considerably small compared to protons.
    Discussion &
    Conclusions
    Using a modulator and a range compensator wheels the tumor can be treated accurately in the 3-D, so that the minimal damage reaches the surrounding tissues. The results show that more than 99% of the total dose of secondary particles and protons is absorbed in the tumor.
    Keywords: Proton therapy, Brain tumor, Spread out bragg peak, GEANT4 code
  • مهسا الهام نیا*، محمدرضا قاسمی، مهدی صادقی، محمدحسن طلب
    زمینه و هدف
    به منظور افزایش دز جذبی در ناحیه تومور، از روش فعال سازی فوتونی، با نشاندار کردن تومور به وسیله عناصر فعال ساز سنگین نظیر Gd و تابش دهی آن با پرتوهای ایکس اورتو ولتاژ، استفاده می شود. در این روش، اثر فوتوالکتریک در ناحیه تومور غالب بوده که موجب افزایش دز موضعی خواهد شد.
    مواد و روش کار
    در مدل طراحی شده بر اساس کد کامپیوتریGeant4 به منظور بررسی توزیع دز در نواحی مختلف بافت سالم و تومور فعال شده با عنصر گادالونیوم، چشمه پرتو ایکس به صورت تکفام، سطحی به شکل صفحه ای مدور به شعاع 15 میلیمتر و فانتوم (بافت سالم، تومور فرضی و آشکارسازها) به شکل مکعبی به ضلعcm 13 در نظر گرفته شد. ناحیه آشکار ساز به صورت یک مکعب مستطیل با ابعاد mm3 48×40×40 بود که از سطح فانتوم تا عمق mm 48/67 ادامه داشته و در امتداد محورهای x، y، z تقسیم بندی شد.
    یافته ها
    انرژی بهینه فوتون ها به منظور افزایش حداکثر فاکتور دز جذبی، در ناحیه توموری آغشته به عنصر گادالونیوم، 6/ 59 کیلو الکترون ولت است. یکنواختی دز در ناحیه ی تومور فرضی، با افزایش غلظت عنصر فعال ساز کاهش یافته لیکن بیشترین یکنواختی دز، در انرژی 5/ 106 کیلو الکترون ولت دیده می شد. تغییرات افزایش دز جذبی نسبت به غلظت عنصر فعال ساز نشان می دهد که این تغییرات در محدوده غلظت mg/ml 8-1، از تابعی خطی پیروی می کند.
    نتیجه گیری
    بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازی در این تحقیق، دز جذبی در ناحیه توموری پس از اضافه نمودن عنصر فعال ساز با قید غلظت عنصر فعال ساز و انرژی فوتون، به طور قابل ملاحظه ای نسبت به حالتی که تومور بارگذاری نشده است، بیشتر است.
    کلید واژگان: درمان با فعال سازی فوتونی، فاکتور افزایش دز، بهینه سازی انرژی، عامل فعال ساز، کد Geant4
    M. Elhamnia *, M. Ghasemi, M. Sadeghi, M. Hosntalab
    Background and Objective
    In order to increase the absorbed dose in the tumorous area, photon activation therapy via labeling of tumor by heavy contrast agents such as gadolinium (Gd) and target exposing by ortho-voltage x-rays is used. In this method, the photoelectric effect is dominant in the tumorous area which will lead to the increase of local dose.
    Material and Methods
    By using Geant4 computer code, dose distribution in different areas of normal tissue and Gd element tumor-activated, were obtained. In the designed model, the x-ray source was considered in the shape of a mono energetic and superficial circular plate with the radius of 15mm and the phantom (normal tissue, assumed tumor and detectors) in cubic shape with the side of 13cm. Rectangular cubic shape detector area dimensions’ are 40×40×48 mm3 which continue from phantom surface to a depth of 48.67 mm along x, y and z axes.
    Result
    Optimum energy of photons in order to maximum absorbed dose enhancement factor (DEF) in gadolinium smeared tumorous area is 59.6 keV. By increasing the concentration of contrast agents, the homogeneity of dose distribution in assumed tumorous area is decreased but the greatest homogeneity of dose is seen at 106.5 keV of energy. Increased fluctuations of absorbed dose relative to the contrast agents’ concentration indicate that these changes in the concentration range of 1-8 mg/ml follow the linear function.
    Conclusion
    Based on the simulation results in this study, absorbed dose in tumorous area following addition of contrast agent (Gd) with specifying the concentration and photon energy, is significantly more than when the assumed tumor is not labeled.
    Keywords: Photon activation therapy, Dose enhancement factor, Energy optimization, Contrast agent, Geant4 code
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال