دزسنجی نوترونی فانتوم های وکسل در محیط شتابدهنده های خطی
چکیده
یکی از روش های درمان تومورهای عمقی، استفاده از فوتون های پرانرژی تولید شده توسط شتابدهنده های خطی با ولتاژ بالا است. اما، فوتون های با انرژی بیش از mev7، انرژی آستانه لازم برای برهم کنش فوتوهسته ای را دارند و منجر به تولید نوترون در سر شتابدهنده می گردند. این نوترون ها پس از پراکندگی در سر شتابدهنده و دیوارهای اتاق درمان اطراف شتابدهنده، به بیمار رسیده و دز ناخواسته ای را در بدن بیمار ذخیره می کنند که سبب افزایش خطر پذیری ابتلا به سرطان ثانویه در بافت های سالم بدن بیمار می گردد. بنابراین، با توجه به نقش مهم اثرات زیست پرتو شناختی نوترون، ارزیابی دز اضافی ناشی از آن در فرایند پرتو درمانی، مورد توجه محققان قرار گرفته است. با این حال، در بیشتر گزارش های منتشر شده در این زمینه، دز ناشی از نوترون در اتاق درمان با مدل ساده ای از سر شتابدهنده و یا بدن بیمار بررسی شده است. با توجه به این مطلب، در این رساله تلاش شده است که دز نوترون ناشی از پرتو درمانی، با شبیه سازی کامل شتابدهنده خطی mv 15siemens primus و فانتوم وکسل خاص بیمار، برآورد شود. ابتدا، سر شتابدهنده به طور کامل با استفاده از کد mcnpx 2.6 شبیه سازی گردیده است. با گرفتن طیف الکترون فرودی از کارخانه سازنده، منحنی های توزیع دز عمقی (pdd ) و نمایه پرتوی فوتون محاسبه شده اند. با مقایسه منحنی های محاسباتی و نتایج تجربی اندازه گیری شده در همان شرایط در محل ایزوسنتر، شبیه سازی دستگاه با استفاده از داده های فوتونی تایید شده است. اما طیف نوترون ناشی از این دستگاه مشخص نبود. به همین منظور، از مجموعه ای شامل 7 کره بانر، پولک طلا و روش واپیچش شبکه های عصبی مصنوعی برای اندازه گیری طیف نوترون استفاده شده است. برای اعتبار سنجی این روش، از چشمه نوترونی am-be241 استفاده شده است. با پرتودهی کره های بانر حاوی پولک طلا توسط چشمه نوترون در آزمایشگاه فیزیک هسته ای دانشگاه فردوسی مشهد و به دست آوردن پرتوزایی پولک طلا به عنوان ورودی شبکه عصبی، طیف نوترون چشمه am-be241، بازیابی شد. با تایید این روش، طیف نوترون در محل ایزوسنتر اتاق درمان در مرکز درمانی رضا (ع) با استفاده از روش فوق به دست آمده است. نتایج حاصل از اندازه گیری نشان می دهد که توزیع انرژی نوترون های تولید شده در محیط شتابدهنده خطی دارای دو قله در ناحیه حرارتی و گستره انرژی mev 1-5/0 است، که دارای بیشترین وزن موثر در دز نوترون می باشد. در گام بعدی، فانتوم وکسل خاص بیمار بر اساس تصاویر سی تی ساخته شده است تا مدل کاملی از بدن بیمار برای ارزیابی دز نوترون رسیده به بیمار فراهم گردد. این نتایج نشان می دهند که برخلاف دز فوتون، دز ناشی از نوترون با افزایش فاصله از ناحیه درمان کاهش نمی یابد. طبق نتایج به دست آمده، توزیع دز نوترون در بدن بیمار نسبتا یکنواخت بوده و کمتر از msv/gy 5/0 می باشد. مقدار دز نوترون ذخیره شده در بدن، بسیار کمتر از دز فوتون است اما، با در نظر گرفتن اثرات زیست پرتو شناختی نوترون بر بدن، مقدار کم آن می تواند خطر سرطان ثانویه را در بیماران تحت پرتودرمانی افزایش دهد. برای کاهش اثرات نوترون، حفاظی از جنس پلی اتیلن بوراندود شبیه سازی شده است. قرار دادن حفاظ، سبب کاهش دز معادل نوترون اندام های مختلف، به خصوص اندام سالم واقع در خارج میدان تابشی خواهد شد. به طوری که دز معادل کل نوترون در اندام دور از ناحیه مورد درمان، بیش از 70% نسبت به حالت بدون حفاظ کاهش داشته است.