Radiotherapy with high-energy photo

Radiotherapy with high-energy photon beams represents the most widely used technique to treat tumors. Accordingly, medical linear accelerators, also known as linacs, are greatly utilized.

In spite of clinically useful photon and electron beams, high energy linacs operating at energies higher than 8 MeV, produce secondary particles such as neutrons because of their high range in media and the high LET of their byproducts. Photoneutrons are produced by the giant dipole resonance reactions, (γ, n), when the incident photon energy is above the threshold energy of the (γ, n) reaction. This threshold depends on the atomic number of the target and is around 8 MeV for high atomic numbers (7.42 MeV for tungsten).[1,2,3]

Neutrons are generated in the accelerator head (target, collimators, flattening filter, and shields), treatment room, and directly in the patient's body. However, since cross sections for high Z materials are around 50 times higher than for low Z, photoneutron production is mainly due to (γ, n) reactions in the accelerator head. Moreover, the high Z materials present in the accelerator head have low neutron absorption cross-sections for the generated neutron energies. Therefore, neutrons are not shielded by the linac collimators and reach the patient, contributing an extra dose not taken into account in radiotherapy treatments.[1,2,3,4]

It is difficult to measure photoneutron dose inside the treatment field due to very intense gamma irradiation. Several authors used passive detectors such as activation gold foils, bubble detectors, CR-39 nuclear track detectors and thermoluminescent dosimeters (TLDs) to study photoneutron production.[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16] Few studies have been devoted to the evaluation of the photoneutron dose in different linacs: Followill et al.,[17] measured the neutron fluence at the patient plane for various linacs using activation gold foils. Howell et al.,[18] used the same technique, measured neutron spectra, neutron fluences, and ambient dose equivalents for various linacs.

The MCNP simulation has been used to study neutron production due to different problems in neutron dosimetry. Ongaro et al.,[19] evaluated the neutron production in the high Z components of a Siemens Mevatron linac. Chibani and Ma[20] studied the field size effects on neutron production and dose contribution from capture gamma rays. Kase et al.,[21] estimated neutron fluence and spectra at different points around a Varian Clinac 2100C/2300C. Zanini et al.,[2] calculated neutron ambient dose equivalent for different collimator configurations in a Varian Clinac 2300 C/D.

In spite of large amount of information available, there is not much data about the neutron dose equivalent along the central axis where the photon flux is much higher than other area. This comparison was studied for different linacs’ manufacturers. Only very recently, a detailed study was carried out by Martínez-Ovalle et al.,[22] who calculated neutron absorbed dose, fluence, spectra, and dose equivalent in tissue for various linacs.

In this work, thermal neutrons in Varian and Elekta linacs have been measured using TLD600 and TLD700 dosimeters and the Monte Carlo code MCNPX (v. 2.5). The study follows two points. First, Varian and Elekta linacs have been investigated with the same methodology, in order to have a meaningful comparison. Secondly, the results obtained by TLDs and the MCNP code have been compared.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ฉายแสง ด้วยลำแสงโฟตอนพลังงานสูงแสดงถึงเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการรักษาเนื้องอก ตามลำดับ การแพทย์เร่งเชิงเส้น ที่รู้จักกัน linacs ถูกมากนำมาใช้ทั้ง ๆ ที่ มีโฟตอนที่มีประโยชน์ทางคลินิกและลำแสงอิเล็กตรอน linacs พลังงานสูงพลังงานสูงกว่า 8 MeV ผลิตรองอนุภาคเช่นนิวตรอนเนื่องจากช่วงของพวกเขาสูงในสื่อและสูงให้ของผลพลอยได้ของพวกเขา มีผลิต Photoneutrons ไดโพลยักษ์สะท้อนปฏิกิริยา, (γ n), เมื่อโฟตอนตกกระทบพลังงานอยู่เหนือขีดจำกัดพลังงานของปฏิกิริยา (γ n) ขีดจำกัดนี้ขึ้นอยู่กับเป้าหมายจำนวนอะตอม และเป็นประมาณ 8 MeV สำหรับเลขอะตอมสูง (7.42 MeV สำหรับทังสเตน) [1,2,3]นิวตรอนจะถูกสร้างขึ้นในหัวเร่ง (เป้าหมาย collimators กรองแบน และโล่), ห้อง และ ในร่างกายโดยตรง อย่างไรก็ตาม ส่วนข้ามวัสดุ Z สูงเป็นประมาณ 50 ครั้งสูงกว่า Z ต่ำ photoneutron ผลิตเป็นเนื่องจากปฏิกิริยา (γ n) ในหัวเร่ง นอกจากนี้ Z วัสดุสูงที่อยู่ในหัวเร่งมีส่วนดูดซึมนิวตรอนต่ำข้ามสำหรับพลังงานนิวตรอนที่สร้างขึ้น ดังนั้น นิวตรอนไม่มีร่ม โดย linac collimators และเข้าถึงผู้ป่วย ยาพิเศษไม่นำมาพิจารณาในการฉายแสงรักษาเอื้อต่อ [1,2,3,4]มันยากที่จะวัดปริมาณ photoneutron ในฟิลด์รักษาเนื่องจากการฉายรังสีแกมมาที่รุนแรงมาก ผู้แต่งหลายคนใช้เครื่องตรวจจับแฝงเช่นเปิดใช้ฟอยล์ทอง ฟองตรวจจับ เครื่องตรวจจับติดตามนิวเคลียร์ CR-39 และ dosimeters thermoluminescent (Tld) เพื่อศึกษาการผลิต photoneutron [5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16] ศึกษาน้อยมีการทุ่มเทเพื่อการประเมินผลของยา photoneutron ใน linacs ที่แตกต่าง: Followill et al., [17] วัด fluence นิวตรอนที่เครื่องบินผู้ป่วยสำหรับใช้ฟอยล์ทองเปิดใช้งาน linacs ต่าง ๆ Howell et al., [18] ใช้เทคนิคเดียวกัน สเปกตรัมวัดนิวตรอน นิวตรอนได้อีกด้วย และเทียบเท่าปริมาณรังสีโดยรอบสำหรับ linacs ต่าง ๆมีการใช้การจำลอง MCNP ศึกษาผลิตนิวตรอนนิวตรอน dosimetry ภาวะแตกต่างกัน Ongaro et al., [19] ประเมินการผลิตนิวตรอนในคอมโพเนนต์ Z สูงซีเมนส์ Mevatron linac Chibani และ Ma [20] ศึกษาผลกระทบขนาดฟิลด์ในส่วนการผลิตและปริมาณนิวตรอนจากรังสีแกมมาจับ Kase et al. นิวตรอนโดยประมาณ [21] fluence และสเปกตรัมที่จุดต่าง ๆ รอบ ๆ เครื่อง Varian Clinac 2100C / 2300C Zanini et al., [2] นิวตรอนคำนวณเทียบเท่ากับยาแวดล้อมสำหรับการกำหนดค่าต่าง ๆ collimator ในเครื่อง Varian Clinac 2300 C/Dทั้ง ๆ ที่ มีจำนวนข้อมูลที่มีขนาดใหญ่ ไม่มีข้อมูลมากเกี่ยวกับเทียบเท่าปริมาณนิวตรอนตามแกนกลางซึ่งฟลักซ์โฟตอนจะสูงกว่าพื้นที่อื่น ๆ การเปรียบเทียบนี้เป็นศึกษาสำหรับผู้ผลิตแตกต่างกัน linacs เดียวมากเมื่อเร็ว ๆ นี้ การศึกษารายละเอียดดำเนินการโดยมาร์ตีเนซ Ovalle et al., [22] ที่คำนวณนิวตรอนการดูดซึมยา fluence สเปกตรัม และเทียบเท่ากับยาในเนื้อเยื่อสำหรับ linacs ต่าง ๆในงานนี้ ความร้อนนิวตรอนใน Varian และ Elekta linacs ได้รับการวัดโดยใช้ TLD600 และ TLD700 dosimeters และรหัสมอนติคาร์โล MCNPX (v. 2.5) การศึกษาดังต่อไปนี้สองจุด ครั้งแรก Varian และ Elekta linacs ได้รับการตรวจสอบ ด้วยวิธีการเดียวกัน เพื่อให้มีการเปรียบเทียบความหมาย ประการที่สอง ผลลัพธ์ที่ได้ โดย Tld และรหัส MCNP ได้รับเมื่อเทียบ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

รังสีรักษามีคานโฟตอนพลังงานสูงหมายถึงเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการรักษาเนื้องอก ดังนั้นเส้น accelerators ทางการแพทย์ยังเป็นที่รู้จัก linacs, ถูกนำมาใช้อย่างมาก.

ทั้งๆที่มีประโยชน์ทางคลินิกโฟตอนและอิเล็กตรอนคาน linacs พลังงานสูงในการดำเนินงานที่พลังงานสูงกว่า 8 MeV ผลิตอนุภาครองเช่นนิวตรอนเพราะช่วงสูงของพวกเขาในสื่อและ ให้สูงของผลพลอยได้ของพวกเขา Photoneutrons มีการผลิตโดยปฏิกิริยายักษ์ขั้วเสียงสะท้อน (γ, n) เมื่อเหตุการณ์พลังงานโฟตอนอยู่เหนือพลังงานเกณฑ์ของ (γ, n) ปฏิกิริยา เกณฑ์นี้จะขึ้นอยู่กับจำนวนของอะตอมเป้าหมายและเป็นรอบ 8 MeV หมายเลขอะตอมสูง (7.42 MeV สำหรับทังสเตน). [1,2,3]

นิวตรอนจะเกิดขึ้นในหัวเร่ง (เป้าหมาย Collimators แฟบกรองและโล่ ), ห้องรักษาและโดยตรงในร่างกายของผู้ป่วย แต่เนื่องจากส่วนข้ามสำหรับวัสดุ Z สูงอยู่ที่ประมาณ 50 เท่าสูงกว่า Z ต่ำผลิต photoneutron เป็นหลักเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยา (γ, n) ในหัวของคันเร่ง นอกจากนี้วัสดุ Z สูงอยู่ในหัวคันเร่งมีการดูดซึมนิวตรอนต่ำข้ามส่วนสำหรับนิวตรอนพลังงานสร้าง ดังนั้นนิวตรอนไม่ได้ป้องกันโดย Collimators Linac และการเข้าถึงผู้ป่วยที่เอื้อยาเสริมไม่ได้นำมาพิจารณาในการรักษาด้วยรังสี. [1,2,3,4]

มันเป็นเรื่องยากที่จะวัดปริมาณ photoneutron ภายในเขตรักษาเนื่องจากการมาก การฉายรังสีแกมมาที่รุนแรง ผู้เขียนหลายคนที่ใช้เครื่องตรวจจับเรื่อย ๆ เช่นการเปิดใช้งานฟอยล์ทองเครื่องตรวจจับฟอง CR-39 เครื่องตรวจจับการติดตามนิวเคลียร์และ dosimeters thermoluminescent (TLDs) เพื่อศึกษาการผลิต photoneutron. [5,6,7,8,9,10,11,12,13, 14,15,16 ศึกษา] น้อยได้รับการอุทิศเพื่อการประเมินผลของยาใน photoneutron linacs ที่แตกต่างกัน: Followill et al, [17] วัด fluence นิวตรอนที่เครื่องบินสำหรับผู้ป่วย linacs ต่าง ๆ โดยใช้ฟอยล์ทองเปิดใช้งาน. ธรรมด๊าธรรมดา et al. [18] ที่ใช้เทคนิคเดียวกันวัดสเปกตรัมนิวตรอน fluences นิวตรอนและรายการเทียบเท่าปริมาณรอบสำหรับ linacs ต่างๆ.

จำลอง MCNP ถูกนำมาใช้ในการศึกษาการผลิตนิวตรอนเนื่องจากปัญหาที่แตกต่างกันในการวัดปริมาณรังสีนิวตรอน Ongaro et al. [19] การประเมินการผลิตนิวตรอนในส่วนประกอบ Z สูงของซีเมนส์ Linac Mevatron Chibani และแม่ [20] การศึกษาผลกระทบขนาดข้อมูลเกี่ยวกับการผลิตและการมีส่วนนิวตรอนยาจากรังสีแกมมาจับ เอาตัว et al. [21] ประมาณ fluence นิวตรอนและสเปกตรัมในจุดต่างๆรอบ Varian Clinac 2100C / 2300C Zanini et al., [2] เทียบเท่าคำนวณนิวตรอนแวดล้อมยาสำหรับการกำหนดค่า collimator แตกต่างกันใน Varian Clinac 2300 C / D.

ทั้งๆที่มีข้อมูลจำนวนมากที่มีอยู่ให้มีข้อมูลไม่มากเกี่ยวกับเทียบเท่านิวตรอนยาตามแกนกลางที่ ฟลักซ์โฟตอนจะสูงกว่าพื้นที่อื่น ๆ การเปรียบเทียบนี้ได้ศึกษาสำหรับผู้ผลิตที่แตกต่างกัน linacs ' เพียง แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการศึกษารายละเอียดได้ดำเนินการโดยมาร์ติเนโอวัลลี et al. [22] ที่คำนวณนิวตรอนดูดซึมยา fluence, สเปกตรัมและปริมาณเทียบเท่าในเนื้อเยื่อ linacs ต่างๆ.

ในงานนี้ร้อนนิวตรอนใน Varian และ Elekta linacs ได้รับการวัดโดยใช้ TLD600 และ TLD700 dosimeters และ Monte Carlo รหัส MCNPX (v. 2.5) การศึกษาดังต่อไปนี้สองจุด แรก Varian และ Elekta linacs ได้รับการตรวจสอบด้วยวิธีการเดียวกันเพื่อให้มีการเปรียบเทียบความหมาย ประการที่สองผลที่ได้รับจาก TLDs และรหัส MCNP ได้รับการเปรียบเทียบ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

รังสีโฟตอนพลังงานสูงหมายถึงมีคานที่ใช้กันอย่างกว้างขวางมากที่สุดเทคนิคการรักษาเนื้องอก ด้วยเครื่องเร่งอนุภาค ทางการแพทย์ เรียกว่า linacs , มากใช้แม้ในทางการแพทย์ประโยชน์โฟตอน และคานอิเล็กตรอนพลังงานสูง linacs ระบบปฏิบัติการ ที่มีพลังสูงกว่า 8 MeV ผลิตอนุภาคทุติยภูมิ เช่น นิวตรอน เพราะช่วงสูงของพวกเขาในสื่อและให้สูง เปลือกของพวกเขา photoneutrons ผลิตโดยยักษ์มีเรโซแนนซ์ปฏิกิริยา ( γ , n ) เมื่อเหตุการณ์พลังงานโฟตอนเป็นเกณฑ์การใช้พลังงาน ( γ , N ) ปฏิกิริยา เกณฑ์นี้ขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอมของเป้าหมายและเป็นรอบที่ 8 ของเลขอะตอมสูง ( 7.42 MeV สำหรับทังสเตน ) [ 1 2 3 ]นิวตรอนที่ถูกสร้างขึ้นในหัวของคันเร่ง ( เป้าหมาย , บังคับลำแบน , กรองและโล่ ) , ห้องรักษา โดยตรง และในร่างกายของผู้ป่วย อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ข้ามส่วนสูง Z วัสดุประมาณ 50 ครั้งสูงกว่า low - Z , การผลิต photoneutron เป็นส่วนใหญ่เนื่องจาก ( γ , n ) ปฏิกิริยาในหัว คันเร่ง นอกจากนี้ สูง Z วัสดุที่มีอยู่ในหัวเร่งการดูดซึมนิวตรอนต่ำและเพื่อสร้างนิวตรอนพลังงาน . ดังนั้นนิวตรอนไม่ได้ป้องกันโดยไลแนคบังคับลำและเข้าถึงผู้ป่วย และเพิ่มปริมาณได้ในระดับ 1 , 2 , 3 , 4 ] [ การรักษามันเป็นเรื่องยากที่จะวัด photoneutron ยาภายในเขตการรักษาเนื่องจากรังสีแกมมาที่รุนแรงมาก . ผู้เขียนหลายใช้เครื่องตรวจจับเรื่อยๆ เช่น การเปิดใช้งานเครื่องตรวจจับทองฟอยล์ , ฟอง , CR - 39 ติดตามนิวเคลียร์ เครื่องตรวจจับ และการวัด dosimeters ( สิงคโปร์ ) เพื่อศึกษาการผลิต photoneutron [ 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 ] การศึกษาน้อยได้รับการอุทิศเพื่อประเมินผลของยาใน photoneutron linacs แตกต่างกัน ฟอลโลวิลล์ et al . , [ 17 ] วัดนิวตรอน fluence ที่เครื่องบินผู้ป่วย สำหรับ linacs ต่างๆโดยใช้การกระตุ้นทองฟอยล์ โฮเวลล์ et al . , [ 18 ] ที่ใช้เทคนิคเดียวกัน วัดนิวตรอนสเปกตรัมของนิวตรอน fluences และเทียบเท่ายาแอมเบียนต์สำหรับ linacs ต่าง ๆในการคำนวณจำลองได้ถูกใช้เพื่อศึกษาการผลิตนิวตรอนเนื่องจากปัญหาที่แตกต่างกันในการวัดรังสีนิวตรอน . ongaro et al . , [ 19 ] และนิวตรอนในการผลิตสูง Z ส่วนประกอบของไลแนค mevatron ซีเมนส์ chibani และมา [ 20 ] เรียนสนามขนาดผลผลิตนิวตรอน และปริมาณผลงานจากจับรังสีแกมมา . เคส et al . , [ 21 ] ประมาณ fluence Spectra และนิวตรอนที่จุดต่าง ๆรอบเครื่อง clinac 2100c / 2300c . zanini et al . [ 2 ] คำนวณอุณหภูมิเทียบเท่าสำหรับการกำหนดค่าปริมาณนิวตรอนคอลลิเมเตอร์ที่แตกต่างกันในเครื่อง clinac 2300 C / Dทั้งๆที่มีจำนวนมากของข้อมูลที่พร้อมใช้งาน ไม่พบข้อมูลมากเกี่ยวกับระดับรังสีนิวตรอนพร้อมแกนกลางที่โฟตอนฟลักซ์สูงกว่าพื้นที่อื่น ๆ การเปรียบเทียบนี้เพื่อให้ผู้ผลิต linacs แตกต่างกัน " มากเมื่อเร็ว ๆนี้การศึกษารายละเอียดกระทำโดยมาร์ตีเนซ ovalle et al . , [ 22 ] ใครคำนวณดูดซึมนิวตรอนขนาด fluence Spectra และระดับรังสีในเนื้อเยื่อ linacs ต่าง ๆในงานนี้ ความร้อนและนิวตรอนในเครื่องบริษัท linacs ได้รับการวัดและ tld600 dosimeters tld700 และ Monte Carlo รหัส mcnpx ( V . 2.5 ) การศึกษาแบบสองจุด แรก และ linacs เอจีบริษัทได้ทำการศึกษาด้วยวิธีการเดียวกัน เพื่อให้มีการเปรียบเทียบที่มีความหมาย ประการที่สอง ผลที่ได้จากสิงคโปร์และการคำนวณรหัส มีการเปรียบเทียบ