1393، تابستان 3، شمارة 2مجله سنجش و ایمنی پرتو، جلد

توزیع انرژي پروتون و درصد ۀتیروئید و محاسب ةغد درماندر انرژي پروتون مناسب ةبازتعیین MCNPXبا استفاده از کد این غده در (p,n) نوترون حاصل از واکنش

ابوالفضل حیدرزاده

، مشهد، خراسان رضوي، ایراندانشگاه پیام نور 91735 -433: یک، کدپستیپیام نور، گروه فیز هخراسان رضوي، مشهد، دانشگا a.heydarzade66@gmail.com: پست الکترونیکی

چکیدهصـورت هب ـ شده سازي گردن شبیهفانتوم . تیروئید استفاده شده است ةسازي پروتون تراپی غد براي شبیه 6/2ۀ نسخ MCNPXکد از ،در این مقاله

پرتوي بیرون فانتوم، نزدیک چشمۀ. است )گون صورت بیضی به( تیروئید ةو غد اسکلتی ۀماهیچر پوست، پوست، چربی زی ۀامل لایش اي استوانهبـا فـرض دهد سازي نشان می نتایج شبیه. شوند صورت عمود بر سطح پوست تابیده می بهانرژي هاي تک پروتون سطح پوست قرار گرفته است و

MeV74تـا 42 براي پوشش کامل تیروئیـد انرژي پروتون مناسب بازه ،cm2 و ضخامتزیر سطح پوست cm 12/1 عمقدر تیروئید ةغد وجود .اسـت درصـد 82-87 و 52-92ترتیـب بـه براي این غـده انرژي در این بازة (p,n) حاصل از واکنش سهم توزیع انرژي پروتون و نوترون. است

اي ئید روند صعودي داشته و از معادلۀ چندجملـه تیرو ون برحسب انرژي پروتون فرودي در غدةو نوترپروتون شدة منحنی میانگین انرژي ذخیره .کند درجه دوم پیروي می

.(p,n) واکنش، فانتوم، MCNPXکد :کلیدواژگان مقدمه .1

ـ یروشپرتودرمانی راي درمـان تومورهـاي واقـع در مناسـب بودرمانی بـر بیشترین تلاش در پرت. هاي مختلف بدن است بافت

تومـور ، ناحیـۀ این نکته معطوف شده است که تا حـد امکـان ي سـالم اطـراف آن، بـراي هـا حداکثر مقـدار انـرژي و بافـت

حداقل مقـدار انـرژي را از جلوگیري از کمترین میزان آسیب، بـا اسـتفاده از ذرات بـاردار، نظیـر .ودي دریافت کننـد پرتو فر

پذیر است این امر امکان ،ي کربنها ي پرانرژي و یونها تونوپر .]2و 1[

سبب ،کند میماده عبور یک بارداري از میان ةکه ذر هنگامی که در طـول شود میاین امر باعث . شود میي ماده ها یونش اتم

کـاهش با . هدف نهشت یابد ةمسیر عبور ذره دز پرتوي در ماد ، سطح مقطعباردار در طول مسیر عبور از درون ماده ةانرژي ذر

دز این امر سبب افـزایش . یابد می کنش آن با ماده افزایش همبر ،به این ترتیب. شود میپرتوي دریافتی توسط این بخش از ماده

عمق نفـوذ باردار بر حسب ةز ذري توزیع دها منحنی در انتهايبراگ ، منحنیمنحنیبه این . دشو میاي ایجاد قله ،مادهاز سطح

بیشـترین . شـود مـی گفته براگ ۀ، قلموجود در منحنی ۀو به قلمـورد بررسـی در ایـن ةمـاد باردار حین عبور از ةز ذرتوزیع د

برحسب اینکـه بافـت سـرطانی مـورد .گیرد ناحیه صورت میبـاردار ة، انرژي ذردرمان در چه عمقی از سطح بدن واقع است

ز منحنی توزیع د راگب ۀقلکه دشو میاي تنظیم اندازه فرودي به، به این ترتیـب . قرار گیرد که تومور در آن واقع شده،مقی در ع

باردار به بافت سرطانی منتقل شده و ةبیشترین انتقال انرژي ذر .]3[ دشو آن می آسیبسبب

Dow

nloa

ded

from

rsm

.kas

hanu

.ac.

ir at

22:

18 +

0430

on

Thu

rsda

y M

ay 6

th 2

021

[ D

OI:

10.2

2052

/2.3

.37

]

3، شماره دومابوالفضل حیدرزاده جلد 38ي پرانرژي در طول مسیر حرکت خود در داخـل ها پروتون

اي کمی در انتهاي مسیر حرکت خـود بافت بدن انحراف زاویهبـراگ ۀبا تغییر انرژي پروتون فرودي، قل ،یببه این ترت. دارند

واقع شـود و ،تواند در هر مکانی که تومور قرار داشته باشد میمزیت اصلی پروتون .بیشترین انرژي ممکن را به آن منتقل کنداین .آن است زد گزیده تراپی نسبت به فوتون تراپی توزیع جاي

بـا کمتـرین ي سـالم اطـراف تومـور ها بافت شود میامر باعث پروتون تراپی ها این ویژگی .]4و 2[ میزان آسیب مواجه شوند

عنوان یک انتخاب مناسب براي درمان تومورهاي نزدیـک را به سـازد ي حساس نظیر نخاع، چشم، تیروئید و مغـز مـی ها بافت

ــه. ]4[ ــراي تومورهــاي شــش، ؤطــور مــ پروتــون تراپــی ب ثر ب .]9-5[ ر رفته استکا پروستات، مغز، سر، گردن و چشم به

روش .2

MCNPX سازي ترابرد ي براي شبیهسازي بسیار مفید کد شبیه 40 تواند مسـیر ذرات براساس روش مونت کارلو است که می

این کد بر مبناي . سازي کند را در عبور از مواد مختلف شبیه ذرهاز فانتوم گـردن ،در این کار ].10[ نوشته شده است 90فرترن

بهره گرفته شده 6/2 ۀنسخ MCNPXتوسط کد شده سازي شبیه ها درصد و چگالی آن، ها کاررفته در بافت هترکیبات مواد ب. است

)ICRP( 1يالمللـی حفاظـت پرتـو از گزارشات کمیسیون بیناست و از شکل اي تیروئید پروانه غدة .]11[ تاستخراج شده اس

متر انتیس 6تا 4ر لبُ تیروئید سالم ه. دو لبُ تشکیل شده استدر اثـر ها آن ةانداز .متر ضخامت دارد سانتی 8/1تا 3/1طول و نظـر به]. 12[ تواند تغییر کند ة تیروئید میطبیعی غدغیرکارکرد

تیروئید که توسط کد ةغدلبُ هر ترین شکل به رسد نزدیک میMCNPX بر این مبنا. سازي باشد، بیضی گون است قابل شبیه

که ارتفاع آن اي در نظر گرفته شده ن استوانهگرد شدة ساده فانتوم

1. International Commission on Radiological Protection

cm10 آنشعاع وغده cm 5 صـورت تیروئیـد بـه ةغد. است سازي شده است شبیه cm3 و cm1، cm1 قطرهاي بیضوي با نیم

.از سـطح پوسـت واقـع اسـت cm12/2که مرکز آن در عمق است و بقیه cm5/0 ، چربی زیر پوستcm1/0ضخامت پوست

، )1( شـکل در . ي اسکلتی اسـت ها ماهیچه ن شاملدفضاي گرن داده نشـا MCNPXسازي شده توسط کـد فانتوم گردن شبیه

، پوست ۀلایه بیانگر لای ترین بیرونی ،با توجه به شکل. شده استفضاي ۀتیروئید و بقی ةبیضی بیانگر غدبعدي بیانگر چربی، ۀلای

پرتـوي ۀچشـم . اسـت اسـکلتی ۀماهیچ ـداخل استوانه شامل نزدیک سـطح پوسـت که در نظر گرفته شده اي نقطه صورت به

بر صورت عمود انرژي را به ي تکها قرار گرفته است و پروتون .تاباند سطح پوست می

. شده گردن سازي فانتوم شبیه: 1 شکل

بیرونی بیانگر پوست، لایه داخلی بیانگر چربی، ناحیه بیضی گون لايتیروئید و بقیه فضاي داخل استوانه بیانگر ماهیچه اسکلتی بیانگر غده

.است

نتایج .3

ةدهد با توجه به اینکه غـد سازي توسط کد نشان می نتایج شبیهزیـر سـطح پوسـت قـرار گرفتـه و cm12/1 تیروئید در عمـق

مناسب انرژي پروتون براي پوشش ةاست، باز cm2 ضخامت آنایـن ) 2( در شـکل .اسـت MeV74تا MeV42 کامل این غده

شده در ، منحنی انرژي ذخیرهدر این شکل .شود میدیده موضوع ،واحد حجم فانتوم گردن بر حسب عمق نفوذ از سطح پوسـت

Dow

nloa

ded

from

rsm

.kas

hanu

.ac.

ir at

22:

18 +

0430

on

Thu

rsda

y M

ay 6

th 2

021

[ D

OI:

10.2

2052

/2.3

.37

]

39 ... تعیین بازة مناسب انرژي پروتون در درمان غدة تیروئید و محاسبۀ درصد توزیع انرژي پروتون و نوترون حاصل از 3، شماره دومجلد MeV 74 تـا MeV 42 ي فرودي در بازه انرژيها براي پروتون

MeV مولوي و همکاران این بازه انرژي را. نشان داده شده است

تیروئید را ةبا این تفاوت که غد. اند دست آورده هب MeV 54تا 42در نظر cm10 و ارتفاعcm7/0 شکل به شعاع اي استوانه صورت به

زه مناسـب توان فهمید که تعیین بـا از اینجا می .]]13[ اند گرفته ،بنـابراین .تیروئید است ةانرژي پروتون وابسته به ضخامت غد

موقعیـت تیروئید و ةقبل از شروع درمان فرد باید ضخامت غد ي تصویربرداريها توسط تکنیکبه دقت دقیق تومور داخل آن

.دمشخص شو پزشکیشـده از پرتوهـا در صورت میزان انرژي جذب جذبی به دز

یکاي آن ژول بر کیلوگرم . شود میواحد جرم ماده هدف تعریف دهـیم نمـایش مـی Gyبا و آن گري است باشد که نام ویژة می

منحنی دز جذبی برحسب انرژي پروتـون ،)3( در شکل .]14[ي مختلف فانتوم گردن نمایش داده شـده ها براي بخشفرودي

MeV74تا MeV42از انرژي شود میده که دیطور همان. استبعـد از . دز جذبی در تیروئید روند صعودي پیـدا کـرده اسـت

جـذبی در تیروئیـد با روند نزولـی کـاهش دز MeV74انرژيصـحت انتخـاب بـازه بـر ن امر دلیل دیگريای. مواجه هستیم

.مناسب انرژي پروتون براي درمان تیروئید است

شده در واحد حجم فانتوم گردن بر منحنی انرژي ذخیره: 2 شکل حسب عمق نفوذ از سطح پوست

ازاي ي مختلف فانتوم گردن بهها ز جذبی بخشمنحنی د: 3 شکل پروتون فروديانرژي

ي چربی، پوسـت و ها ز جذبی بافتد منحنی )4( در شکل

پروتـون فـرودي انـرژي برحسب گردن فانتوم اسکلتی ۀماهیچز جـذبی در بـازه مناسـب روند نزولـی د . نشان داده شده است

انرژي پروتون فرودي براي پروتون تراپـی تیروئیـد بـراي ایـن .قابل مشاهده است ها بافت

چربی، پوست و ماهیچه اسکلتی فانتوم ز جذبی منحنی د: 4 لشک

گردن بر حسب انرژي پروتون فرودي

انـرژي يهـا بیـانگر منحنـی ،ترتیـب بـه 6و 5ي هـا شکل بـراي پروتـون و نـوترون ناشـی از واحد سطح درشده ذخیره

Dow

nloa

ded

from

rsm

.kas

hanu

.ac.

ir at

22:

18 +

0430

on

Thu

rsda

y M

ay 6

th 2

021

[ D

OI:

10.2

2052

/2.3

.37

]

3، شماره دومابوالفضل حیدرزاده جلد 40انرژي پروتون فرودي حسبي مختلف فانتوم گردن برها بخش، بـا MeV74تـا MeV42 در بـازه اه ـ با توجه به شکل. است

شـدة میـانگین انـرژي ذخیـره پروتـون فـرودي افزایش انرژيرونـد صـعودي داشـته و از ،تیروئید ةپروتون و نوترون در غد

مقـدار ،همچنین. کند میدوم پیروي درجۀاي چندجمله ۀمعادل گـردن ي ها در مقایسه با سایر بافت ،تیروئید ةاین کمیت در غد

رودي ایـن اي که با افزایش انرژي پروتون ف گونه به. بیشتر است .شود میاختلاف بسیار چشمگیر

Y = 4.52292- 0.26116 X+ 0.00384X2

0.96962 , SD=0.32134 R2=

شده پروتون در واحد سطح منحنی میانگین انرژي ذخیره: 5 شکل حسب انرژي پروتون فروديي مختلف گردن برها بافت

Y = 0.00297 -3.72901E-4X+ 7.6202E-6X2 0.99799 , SD=2.31103E-4 R2=

واحد سطح درنوترون شده منحنی میانگین انرژي ذخیره: 6 شکل دن برحسب انرژي پروتون فروديي مختلف گرها بافت

منحنی درصد توزیع انرژي پروتون و نوترون ،)7( کلدر شتیروئیــد برحســب انــرژي در غــدة (p,n)حاصــل از واکــنش

طورکـه مشـاهده همـان . پروتون فرودي نشان داده شـده اسـت درصـد توزیـع MeV74تـا MeV42 در بـازه انـرژي شود می

که حالی، در)درصـد 92-52( انرژي پروتون روند صعودي داشته ).درصد 87-82( داراي مقدار ثابتی است براي نوترون تقریباً

وتون و نوترون در غده تیروئید منحنی درصد توزیع انرژي پر :7 شکل

ازاي انرژي پروتون فرودي به گیري بحث و نتیجه .4

بـراي بازه مناسب انرژي پروتـون ،سازي با توجه به نتایج شبیهاست، با فرض MeV74تا MeV42 تیروئید غدة پوشش کامل

از سطح پوست واقـع شـده و cm12/1 اینکه این غده در عمقبا افزایش انرژي بازه مورد بررسی در .است cm2ضخامت آن

شدة پروتون و نوترون در روتون فرودي میانگین انرژي ذخیرهپ درجه دوم پیروي از معادلۀروند صعودي داشته و ،تیروئید غدةهمچنین مقدار این کمیت در ایـن غـده در مقایسـه بـا . کند می

فـزایش انـرژي بـا ا . ي گردن بسیار بیشـتر اسـت ها سایر بافتدرصـد مناسب انـرژي مـورد بررسـی، پروتون فرودي در بازة

درصد 92تا 52روند صعودي داشته و از ،توزیع انرژي پروتوناراي مقـدار ثـابتی د که براي نوترون تقریبـاً حالی ، درمتغیر است

).درصد 87-82( است

Dow

nloa

ded

from

rsm

.kas

hanu

.ac.

ir at

22:

18 +

0430

on

Thu

rsda

y M

ay 6

th 2

021

[ D

OI:

10.2

2052

/2.3

.37

]

41... تعیین بازة مناسب انرژي پروتون در درمان غدة تیروئید و محاسبۀ درصد توزیع انرژي پروتون و نوترون حاصل از 3، شماره دومجلد

راجعم. 5

[1] Attanasi, F., Belcari, N., Camarda, M., Guerra, A.D., Moehrs, S., Rosso,V.,Vecchio,S.,Lanconelli, N., Cirrone, G.A.P., Di Rosa, F., Russo, G., Experimental validation of the filtering approach for dose monitoring in proton therapy at low energy. Phys. Med. 24, 102–106. 2008. [2] Levin, W.P., Kooy, H., Loeffler, J.S., de Laney,

T.F., Proton beam therapy. British J. Cancer 93, 849–854. 2005.

[3] Thomas A. Trikalinos, Teruhiko Terasawa, Stanley Ip, Gowri Raman, Joseph Lau, Particle Beam Radiation Therapies for Cancer, Agency for healthcare research and quality(AHRQ).2009.

[4] Kraft, G., Tumor therapy with heavy charged particles. Prog. Part. Nucl. Phys. 45, 473–544. 2000.

[5] Smith, A.R., Proton therapy. Phys. Med. Biol. 51, R491–R504. 2006.

[6] Widesott, L., Amichetti, M., Schwarz, M., Proton therapy in lung cancer: clinical outcomes and technical issues. A systematic review. Radiother. Oncol. 86, 154–164. 2008.

[7] Steneker, M., Lomax, A., Schneider, U., Intensity modulated photon and proton therapy for the treatment of head and neck tumors. Radiother. Oncol. 80 (2), 263–267. 2006.

[8] Baker, C.R., Quine, T.E., Brunt, J.N.H., Kacperek, A., Monte Carlo simulation and polymer gel dosimetry of 60 MeV clinical proton beams for the

treatment of ocular tumors. Appl. Radiat. Isot. 67, 402–405. 2008.

[9] Vargas, C., Wagner, M., Mahajan, C., Indelicato, D., Fryer, A., Falchook, A., Horne, D., Chellini, A., Mckenzie, C., Lawlor, P., Li, Z., Lin, L., Keole, S., Proton therapy coverage for prostate cancer treatment. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 70 (5), 1492–1501. 2008.

[10] Mowlavi,Ali Asghar, Fornasier, Maria Rosa, de Denaro Mario.Thyroid volume’s influence on energy deposition from 131I calculated by Monte Carlo (MC) simulation, Radiology and oncology journal, 2010.

[11] McConn Jr . RJ ; Gesh. CJ; Pagh. RT; Rucker. RA; Williams. RG. Compendium of Material Composition Data for Radiation Transport Modeling, Pacific Northwest National Laboratory, 2011.

[12] www.meded.virginia.edu/courses/rad/Thyroid _Ultrasound/01intro/intro-01-02.html.

[13] Mowlavi,Ali Asghar, Fornasier, Maria Rosa, de Denaro Mario, Calculation of energy deposition, photon and neutron production in proton therapy of thyroid gland using MCNPX, Applied Radiation and Isotopes,2011.

[14] Leo, W.R., Techniques for nuclear and particle physics experiments, Springer, Germany, 1994.

Dow

nloa

ded

from

rsm

.kas

hanu

.ac.

ir at

22:

18 +

0430

on

Thu

rsda

y M

ay 6

th 2

021

[ D

OI:

10.2

2052

/2.3

.37

]