Análise da viabilidade de simulações com feixes de prótons de 100, 150, 200 e 250 MeV em alvos heterogêneos

Abstract

In the recent years, the use of proton beams in radiotherapy has been an outstanding progress (SMITH, 2006). Up to now, computed tomography (CT) is a prerequisite for treatment planning in this kind of therapy because it provides the electron density distribution required for calculation of dose and the interval of doses. However, the use of CT images for proton treatment planning ignores fundamental differences in physical interaction processes between photons and protons and is, therefore, potentially inaccurate (SADROZINSKI, 2004). Proton CT (pCT) can in principle directly measure the density distribution needed in a patient for the dose distribution (SCHULTE, et al, 2004). One important problem that should be solved is the implementation of image reconstruction algorithms. In this sense, it is necessary to know how the presence of materials with different density and composition interfere in the energy deposition by ionization and coulomb excitation, during its trajectory. The study was conducted in two stages, was used in both the program SRIM (The Stopping and Range of Ions in Matter) to perform simulations of the interaction of proton beams with pencil beam type. In the first step we used the energies in the range of 100-250 MeV (ZIEGLER, 1999). The targets were set to 50 mm in length for the beam of 100 MeV, due to its interaction with the target, and short-range, and 70 mm for 150, 200 and 250 MeV The target was composed of liquid water and a layer of 6 mm cortical bone (ICRP). It were made 9 simulations varying the position of the heterogeneity of 5 mm. In the second step the energy of 250 MeV was taken out from the simulations, due to its greater energy and less interaction. The targets were diminished to 50 mm thick to standardize the simulations. The layer of bone was divided into two equal parts and both were put in the ends of the target... (Complete abstract click electronic access below)

Nos últimos anos, a utilização de feixes de prótons em radioterapia tem atingido um notável progresso (SMITH, 2006). Até agora, a tomografia computadorizada (CT) é um requisito para o planejamento de tratamento neste tipo de terapia, pois fornece a distribuição de densidade eletrônica necessária para cálculos de dose e intervalo dessas doses. No entanto, o uso de imagens de tomografia para o planejamento do tratamento com prótons ignora diferenças fundamentais nos processos de interações físicas entre fótons e prótons e é, portanto, potencialmente imprecisa (SADROZINSKI, 2004). Próton CT (pCT) pode, em princípio, medir diretamente a distribuição da densidade necessária em um paciente para a distribuição da dose (SCHULTE, et al, 2004). Um problema importante que deve ser resolvido é a implementação de algoritmos de reconstrução da imagem. Nesse sentido, é necessário saber como a presença de materiais com diferentes densidades e composição interfere na deposição de energia por ionização e excitação coulombiana, durante sua trajetória. O trabalho foi realizado em duas etapas, em ambas foi utilizado o programa SRIM (The Stopping and Range of Ions in Matter) para realizar simulações da interação de feixes de prótons com a forma pencil beam. Na primeira etapa foi utilizada as energias na faixa de 100-250 MeV (ZIEGLER, 1999). Os alvos foram definidos com 50 mm de comprimento para o feixe de 100 MeV, devido à sua interação com o mesmo e curto alcance, e de 70 mm para 150, 200 e 250 MeV. O alvo foi composto de água líquida e uma camada de 6 mm de osso cortical (ICRP). Foram feitas 9 simulações variando a posição da heterogeneidade de 5 mm. Na segunda etapa a energia de 250 MeV foi tirada das simulações, devido a sua maior energia e menor interação. Os alvos foram diminuídos para 50 mm de espessura para padronizarmos as simulações... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)