دانلود پایان نامه ارشد درمورد شبیه‌سازی

دانلود پایان نامه

شده است. جدول 4-2 ضرایب وزنی مورد استفاده در هر دو فانتوم چشم و آب را نشان می‌دهد. مطابق با این جدول، پیک‌های براگ‌ عمقی، سهم و وزن بیشتری را در SOBP دارا هستند و با کاهش انرژی پرتو فرودی، سهم پروتون‌های متناظر، در یکنواختی توزیع دوز عمقی نیز کاهش می‌یابد. از طرف دیگر، اختلاف فاکتورهای وزنی جهت بهینه‌سازی توزیع دوز، برای محیط چشمی در حدود 1% تا 18% نسبت به آب بیشتر است. این امر ناشی از تفاوت‌های موجود بین پیک‌های اولیه در دو فانتوم است. شکل 4-8، منحنی SOBP حاصل از اعمال ضرایب وزنی روی پیک‌های اولیه و برهم‌نهی آن‌ها در هر دو فانتوم را نشان می‌دهد. در این نمودار، بخش مسطح SOBP برای هر دو فانتوم به یک مقدار مشخص، موازنه شده است و در سطح یکسانی قرار دارند.

جدول 42. ضرایب وزنی بهینه‌کنندۀ پرتوهای تابیده شده به فانتوم چشم و آب جهت ساختن SOBP در روش اسکن پرتو

انرژی (MeV)
ضرایب وزنی چشم
ضرایب وزنی آب
انرژی (MeV)
ضرایب وزنی چشم
ضرایب وزنی آب
22
1022/0
0961/0
5/27
1768/0
1683/0
5/22
1018/0
1027/0
28
1675/0
1648/0
23
1008/0
0988/0
5/28
1992/0
1907/0
5/23
1095/0
1016/0
29
1966/0
1948/0
24
1285/0
1165/0
5/29
2394/0
2296/0
5/24
1112/0
1219/0
30
2587/0
2645/0
25
119/0
1141/0
5/30
3308/0
3016/0
5/25
1308/0
1325/0
31
396/0
3795/0
26
146/0
1358/0
5/31
5002/0
4381/0
5/26
1362/0
1383/0
32
3503/1
64/1
27
1433/0
1405/0


شکل 4-8. SOBP حاصل از برهم‌نهی پیک‌های براگ بهینه شده داخل تومور در هر دو فانتوم
منحنی مشکی مربوط به آب و منحنی نقطه‌چین مربوط به محیط چشمی است.
در ادامۀ این بخش، می‌خواهیم اثری که تعریف مواد واقعی تومور در مطالعات شبیه‌سازی، می‌تواند روی یکنواختی دوز SOBP داشته باشد را بررسی کنیم؛ بر این اساس، فاکتورهای وزنی بهینه‌کننده که به کمک فانتوم سادۀ آب محاسبه شده است، جهت ساختن SOBP در محیط چشمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کار برای آن است که در شرایط واقعی، وزن پرتوهای تابیده شده به بیمار، به‌وسیلۀ طراحی درمان و شبیه‌سازی تابش پرتو به فانتوم آب به‌دست می‌آید. در شکل 4-9، SOBP حاصل از به‌کارگیری چنین روشی نشان داده شده است. همان‌طور که در این نمودار نیز دیده می‌شود، این کار منجر به ایجاد آشفتگی در یکنواختی دوز SOBP، به‌ویژه در بخش انتهایی آن می‌گردد؛ بنابراین اگر بخواهیم در محیط چشمی، SOBP یکنواختی به‌طور ایده‌آل داشته باشیم، یافتن ضرایب وزنی بهینه با فانتوم سادۀ آب، چندان مناسب نیست.

شکل 4-9. بررسی میزان یکنواختی توزیع دوز SOBP به دست آمده با ضرایب وزنی بهینه شده به کمک فانتوم آب در محیط چشمی با ترکیبات واقعی تومور (منحنی نقطه‌چین)
تا اینجا محدودۀ انرژی مورد نیاز برای درمان یک تومور چشمی به کمک پروتون‌ها و نیز نحوۀ ساختن منطقۀ یکنواخت دوز در تومور بررسی شد. از آنجایی که در حال حاضر شتاب‌دهنده‌های پروتونی قادر به تولید پروتون‌هایی در این بازۀ انرژی (MeV32-MeV22) با جریان مناسب نیستند و استفاده از پروتون‌های تک انرژی به روش اسکن پرتو، در واقع یک شبیه‌سازی درمان به‌طور ایده‌آل به‌حساب می‌آید، باید این شبیه‌سازی برای یک سیستم پروتون‌تراپی در شرایط واقعی بررسی شود. با توجه به روش‌های موجود در پروتون‌تراپی، می‌دانیم که می‌توان از پروتون‌هایی با انرژی بالاتر که شتاب‌دهنده‌های پروتونی قادر به تولید آن هستند، برای درمان تومورهای چشمی استفاده کرد و برد آن‌ها را به میزان دلخواه تنظیم نمود. در بخش بعد، یکی از سیستم‌های پروتون‌تراپی جهت درمان تومور چشمی شبیه‌سازی و بررسی می‌شود.
4-3- شبیه‌سازی نازل HCL
در این بخش، نازل مورد استفاده در درمان تومورهای چشمی که برای شتاب‌دهندۀ سیکلوترونی HCL نصب شده است، به کمک کد MCNPX، جهت طراحی درمان، شبیه‌سازی شده و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است [114]. به کمک این نازل، محاسبات دوزیمتری در فانتوم چشم انجام می‌گیرد. اجزای به‌کار گرفته شده در نازل، ابعاد و جنس آن‌ها در جدول 4-3 فهرست شده است.در شرایط واقعی، در نازل HCL، کاهنده‌های انرژی با ضخامت ثابت و متغیر وجود دارند. کاهندۀ انرژی با ضخامت ثابت، برد پرتو پروتون را به میزان مطلوب و در محدودۀ تومور کاهش می‌دهد و نیز پرتو را از دید عرضی به اندازۀ مفید برای درمان تومور چشم، پهن می‌نماید و کاهنده با ضخامت متغیر اجازه می‌دهد تا عمق نفوذ به‌طور پیوسته، متناسب با گسترۀ تومور تغییر کند. اما در این شبیه‌سازی به‌جای درنظرگرفتن هر دو کاهنده، یک کاهندۀ انرژی با ضخامت متغیر درنظر گرفته شده است تا برد پرتو را به میزان مورد نیاز و متناسب با عمق و گسترۀ تومور تنظیم نماید؛ به‌گونه‌ای که حداقل ضخامت انتقال‌دهندۀ برد متناسب با عمقی‌ترین پیک براگ در تومور باشد. موازی‌سازهای استفاده شده در این نازل که از جنس آلیاژ برنج می‌باشند نیز بخش بزرگی از پروتون‌های پراکنده شده و کم انرژی را مسدود می‌نمایند؛ به‌علاوه، وجود محفظۀ خالی در این سیستم به‌دلیل آن است که پروتون‌ها با طی کردن مسافت بیشتر، واگرایی بیشتری پیدا کنند و همزمان با کاهش شعاع موازی‌ساز مخروطی شکل در انتهای نازل، پروتون‌های واگرا شده و کم انرژی جذب شوند و در نهایت طیفی گاوسی شکل از پروتون‌ها را در خروجی نازل داشته باشیم. نکتۀ دیگری که در
یک سیستم شکل‌دهندۀ پرتو پروتونی باید درنظرگرفته شود، وجود حافظ نوترونی در پایین جریان موازی‌ساز است تا بیشترین نوترون‌های تولید شده طی آماده‌سازی پرتو پروتون جهت درمان را جذب نماید [30]. شکل 4-10، نازل شبیه‌سازی شده برای یک سیستم کنش‌پذیر جهت تحویل پرتوهای پروتون به تومور را نشان می‌دهد.

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   دانلود تحقیق در موردآداب و رسوم، اسباب نزول، علوم قرآن

شکل 4-10. نمای کلی از نازل شبیه‌سازی شده با کد MCNPX به‌عنوان سیستم کنش‌پذیر
جهت تحویل پرتو پروتون به تومور

جدول 43. مشخصات کلی نازل شبیه‌سازی شده براساس نازل HCL

اجزای نازل
جنس
طول (cm)
شعاع خارجی (cm)
شعاع داخلی (cm)
A
موازی‌ساز اول
برنج
1
62/7
64/0
B
کاهندۀ انرژی
لگزان
متغیر
25/6

C
موازی‌ساز دوم
برنج
1
62/7
27/1
D
محفظۀ انتقال‌دهندۀ برد
برنج
4/25
26/8
62/7
E
محفظۀ آشکارساز نظارت
برنج
1/34
72/5
14/5
F
صفحات آشکارساز نظارت
آلومینیوم
025/0
54/2

G
محفظۀ خالی
برنج
55/10
43/4
85/3
H
موازی‌ساز مخروطی شکل
برنج
1/16


I
موازی‌ساز مخصوص بیمار
برنج
95/0
2
6/0
4-3-1- انرژی اولیۀ پرتو پروتون
انرژی اولیۀ پرتو خروجی از شتاب‌دهندۀ سیکلوترونی HCL در مطالعات شبیه‌سازی، MeV 159 درنظرگرفته شده است. پروتون تک انرژی MeV 159، مطابق با شکل 4-11، بردی در حدود cm 18 در آب دارد که این مقدار برای درمان تومورهای چشمی بسیار زیاد است. به‌علاوه، این پرتو از دید عرضی نیز باریک است؛ از این‌رو پرتویی با چنین مشخصه‌ای نمی‌تواند برای درمان مناسب باشد. شکل 4-11، توزیع دوز عمقی و پیک براگ مربوط به این پروتون‌ها و شکل 4-12، توزیع دوز را از مقطع عرضی نشان می‌دهد و همان‌طور که دیده می‌شود، این توزیع دوز عرضی، گاوسی‌شکل می‌باشد. مقطع عرضی از فانتوم که بیشینه مقدار دوز را دریافت می‌نماید، محدود است؛ این درحالی است که به‌طور ایده‌آل، توزیع دوز هم در راستای عمق و هم در راستای عرض، در منطقۀ تومور، باید به‌صورت یکنواخت و همگن و با بیشینه مقدار ممکن باشد و سپس سطح دوز با شیب تیزی در مرزهای تومور به سمت صفر افت کند؛ به‌همین دلیل روی پرتو اولیه، به‌وسیلۀ نازلی که شبیه‌سازی شده است، اصلاحاتی صورت می‌گیرد.
شکل 4-13 نیز منحنی ایزودوز و میزان پخش‌شدگی پرتو اولیه را در دو بعد (صفحۀ Y-Z) و در فانتوم ساده و مکعبی آب، نشان می‌دهد. همان‌طور که در شکل نیز قابل تشخیص است، جهت تابش پرتو تک انرژی پروتون، موازی محور Y می‌باشد.

شکل 4-11. توزیع دوز برحسب عمق برای پرتو پروتون تک انرژی MeV 159 در فانتوم سادۀ آب که بردی در حدود cm18 دارد.

شکل 4-12. توزیع دوز عرضی گاوسی شکل برای پرتو پروتون تک انرژی MeV 159 در فانتوم سادۀ آب

شکل 4-13. منحنی ایزودوز برای پرتو پروتون تک انرژی MeV 159 در فانتوم سادۀ آب
همان‌طور که از شکل نیز مشخص است، جهت تابش پرتو موازی محور Y می‌باشد.
4-3-2- کاهندۀ انرژی (انتقال‌دهندۀ برد) در نازل
برای آن‌که بتوان از پروتون‌هایی با انرژی اولیۀ MeV 159 برای درمان تومورهای چشم استفاده کرد، لازم است که انرژی پرتو، متناسب با عمق تومور کاهش یابد؛ به‌همین منظور می‌توان از استوانۀ لگزان برای کاهش انرژی و نیز پهن کردن طیف انرژی پرتو استفاده کرد. پیک‌های براگ باید داخل منطقۀ تومور تشکیل شوند؛ از این‌رو لازم است که ضخامت استوانۀ لگزان به‌عنوان مادۀ کاهش‌دهندۀ انرژی و انتقال‌دهندۀ برد پروتون، متناسب با انرژی اولیۀ پرتو فرودی تنظیم شود. پس از انجام شبیه‌سازی‌های مختلف، جهت تنظیم پیک‌های براگ داخل محدودۀ مورد ‌‌نظر، به این نتیجه رسیدیم که با انرژی اولیۀ MeV 159 برای پرتو پروتون، ضخامت استوانۀ لگزان باید بین 9 تا 10 سانتیمتر باشد. در این محدودۀ تعیین شده، برای آن‌که حجم تومور با پیک‌ها تحت پوشش قرار گیرد، سه ضخامت 3/9، 55/9و 8/9 سانتیمتر انتخاب شده است. علت انتخاب این سه ضخامت‌ آن است که با پیک‌های حاصل از طیف‌های خروجی متناظر، بهترین حالت برای SOBP یکنواخت در منطقۀ تومور به‌دست می‌آید. در شکل 4-14، طیف انرژی پروتون، متناظر با استوانۀ لگزان به ضخامت‌های 3/9، 55/9 و 8/9 سانتیمتر به‌ترتیب از راست به چپ نشان داده شده است. همان‌طور که از نمودار نیز مشخص است، هرچه ضخامت لگزان افزایش می‌یابد، به دلیل افزایش برهم‌کنش‌های پروتون در ماده، علاوه برکاهش انرژی، شار پرتو نیز کاهش می‌یابد؛ ضمن اینکه طیف انرژی نیز پهن‌تر می‌گردد. جدول 4-4، انرژی متوسط پرتو روی سطح خروجی لگزان را متناظر با هر یک از ضخامت‌های ذکر شده، نشان می‌دهد.

شکل 4-14. شار پروتون برحسب انرژی روی سطح خروجی لگزان که از سمت راست به چپ به ترتیب متناظر با
ضخامت‌های 3/9، 55/9 و 8/9 سانتیمتر برای استوانۀ لگزان می‌باشد.

جدول ‏044. انرژی متوسط پرتو پروتون روی سطح خروجی لگزان به‌عنوان مادۀ کاهندۀ انرژی

دیدگاهتان را بنویسید