78 4-2-استفاده از روش اسکن پرتو پروتون جهت تحویل دوز به تومور چشمی.. 78 4-2-1-بررسی اثر تعریف بافت تومور روی تخلیۀ دوز و پیک براگ… 81 4-2-2-نحوۀ محاسبۀ ضرایب وزنی بهینه، جهت ساختن SOBP در شبیه‌سازی درمان.. 83 4-2-2-1-محاسبۀ SOBP برای پروتون‌های تحویلی در روش اسکن پرتو. 85 4-3-شبیه‌سازی نازل HCL. 87 4-3-1-انرژی اولیۀ پرتو پروتون.. 89 4-3-2-کاهندۀ انرژی (انتقال‌دهندۀ برد) در نازل.. 91 4-3-3-صفحات آلومینیومی در نازل.. 92 4-3-4-طیف پرتو خروجی از نازل.. 94 4-3-5-محاسبات دوزیمتری در فانتوم چشم به کمک طیف خروجی از نازل.. 95 4-3-6-بررسی آهنگ دوز تحویلی به تومور چشم براساس جریان خروجی از شتاب‌دهنده 98 4-4-استفاده از روش انتقال‌دهندۀ بردجهت تحویل دوز به تومور چشمی.. 99 4-4-1-بررسی اثر تعریف بافت تومور روی تخلیۀ دوز و پیک براگ… 102 4-4-2-محاسبۀ SOBP برای پروتون‌های تحویلی در روش انتقال‌دهندۀ برد. 104 4-4-3-تعیین پارامترهای درمانی برای SOBP. 107 4-5-بررسی میزان نوترون‌های ثانویۀ تولید شده در نازل HCL. 108 4-6-نتیجه‌گیری.. 109 4-7-پیشنهادات.. 112 فهرست مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………311 فهرست جدول‌ها جدول ‏2‑1. فهرستی از مراکز پروتون‌تراپی [33] 23 جدول 2‑‏2. برد پروتون متناظر با انرژی جنبشی ذرۀ فرودی [39] 29 جدول ‏2‑3. درصد ذرات ثانویۀ تولید شده طی برخوردهای ناکشسان پروتون‌های 150MeV با هستۀ اتم اکسیژن [48] 38 جدول 3-1. بخشی از پارامترهای اصلی و توصیف‌کنندۀ مشخصات فیزیکی شتاب‌دهنده برای تعدادی از سیکلوترون‌ها در IBA، ACCEL و JINR LNP [105]……………………………………………………………………………………………………………………………………..74 جدول 4-1. عناصر سازندۀ ترکیبات به‌کار گرفته شده در فانتوم چشم در روش اسکن مغناطیسی پرتو [119]…………… 82 جدول 4-2. ضرایب وزنی بهینه‌کنندۀ پرتوهای تابیده شده به فانتوم چشم و آب جهت ساختن SOBP در روش اسکن پرتو ……………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………89 جدول 4-3. مشخصات کلی نازل شبیه‌سازی شده براساس نازل HCL……………………………………………………………………………….93 جدول 4-5. انرژی متوسط طیف نهایی پرتو پروتون پس از خروج از نازل………………………………………………………………………….99 جدول 4-6. ضرایب وزنی جهت بهینه‌سازی پیک‌های براگ‌ اولیه متناظر با ضخامت‌های مختلف استوانۀ لگزان…………….102 جدول ‏4‑7. ساختارهای داخلی چشم و ابعاد آن‌ ها [104] 100 جدول ‏4‑8. ترکیبات اصلی ساختارهای داخلی چشم، نسبت جرم اتمی و چگالی آن‌ ها [104] 100 جدول 4-9. انرژی متوسط پروتون خروجی از انتقال‌دهندۀ برد متناظر با ضخامت‌های مختلف ستون آب…………………….106 جدول ‏4‑10. ضرایب وزنی بهینه کنندۀ پیک‌های اولیه جهت ساختن SOBP یکنواخت… 105 جدول ‏4‑11. تعیین پارامترهای درمانی برای SOBP ایجاد شده در روش اسکن پرتو. 107 جدول ‏4‑12. تعیین پارامترهای درمانی برای SOBP ایجاد شده در روش انتقال دهندۀ برد. 107 فهرست شکل‌‌ها شکل 1-1. پرتودرمانی با شدت مدوله شده با بهره گرفتن از فوتون (IMRT) 9 شکل 1-2. مقایسۀ توزیع دوز بین روش درمانی IMRT در سمت چپ وIMPT در سمت راست… 10 شکل 1-3. افزایش دوز دریافتی توسط بافت سالم در ناحیۀ ابتدایی و انتهایی در فوتون‌تراپی در مقایسه با پروتون‌تراپی…. 10 شکل 1-4. نمودار توزیع دوز عمقی نسبی ذرات مختلف در فانتوم آب [4] 12 شکل 1-5. نمای کلی از یک سیستم پروتون‌تراپی برای تومورهای چشمی [13] 18 شکل 2-1. نمودار تغییرات توان توقف برحسب انرژی پروتون و الکترون فرودی برای مواد مختلف [38]…………………………27 شکل 2-2. نمودار تغییرات برد پروتون برحسب انرژی در مواد مختلف [39]…………………………………………………………………….28 شکل 2-3. نمودار دوز عمقی برای پرتو پروتون و پیک براگ و نمایش برد و پهن‌شدگی انرژی [4]………………………………..29 شکل 2-4. نمایش پاشیدگی برد براساس [38]………………………………………………………………………………………………………..30 شکل 2-5. پاشیدگی برد پروتون برحسب انرژی پرتو فرودی در مواد مختلف [40]…………………………………………………………30 شکل 2-6. نمای کلی از پراکندگی رادرفورد. 31 شکل 2-7. نمایش زاویۀ پراکندگی و میزان انرژی از دست رفته برای پروتون‌های MeV160 در مواد مختلف [39] 32 شکل 2-8. پراکندگی کولنی چندگانه برای پروتون ناشی از یک ورقۀ نازک… 33 شکل 2-9. بررسی دقت فرمول هایلند در مقایسه با اندازه‌گیری‌های تجربی برای زاویۀ پراکندگی پروتون [45] 34 شکل 2-10. نمودار شار پروتون برحسب انرژی جهت بررسی ضخامت‌های مختلف لگزان از 5 تا 9 سانتیمتر که به‌وسیلۀ کد MCNPX محاسبه شده است. 36 شکل 2-11. نمایی از یک سیستم شکل‌دهندۀ پرتو پروتون با بهره گرفتن از کاهش‌دهنده‌های دوتایی؛ در این سیستم S1 پراکنندۀ اول، RM مدولاتور برد، SS پراکنندۀ دوم، AP، موازی مخصوص بیمار و RC متعادل کنندۀ برد جهت هماهنگی برد پروتون با مرزهای انتهایی تومور با بافت سالم است. 36 شکل 2-12. نمایش سهم پروتون‌های اصلی و ثانویه در توزیع دوز کل در پیک براگ… 39 شکل 2-13. سطح مقطع برهم‌کنش ناکشسان برحسب برد پروتون فرودی [40] 39 شکل 2-14. احتمال رخ دادن برهم‌کنش ناکشسان برحسب برد پروتون فرودی با انرژی اولیۀ MeV 209 [40] 40 شکل 2-15. نمودار توزیع دوز برحسب عمق و پیک براگ و نمایش انباشت هسته‌ای [4] 40 شکل 2-16. نمایش سهم هر کدام از پدیده‌های فیزیکی در شکل‌گیری پیک براگ [4] 41 شکل 2-17. مجموعه ای از پیک براگ‌های اندازه‌گیری شده برای پروتون‌هایی با انرژی MeV 69 تا MeV 231. 42 شکل 2-18. شکل پیک براگ در صورت حضور (منحنی مشکی) و عدم حضور (نقطه‌چین) برهم‌کنش‌های هسته‌ای [51] 42 شکل 2-19. نمایش پارامترهای فیزیکی توصیف‌کنندۀ توزیع دوز SOBP [4] 44 شکل 2-20. نمایش توزیع دوز عرضی و پارامترهای فیزیکی توصیف‌کنندۀ آن [4] 44 شکل 2-21. SOBP با پهناهای مختلف وابسته به تعداد پیک براگ‌های به‌کار گرفته شده [4] 46 شکل 2-22. نمایش کلی از برهم‌نهی پیک براگ‌های بهینه شده با فاکتورهای وزنی و تشکیل SOBP. 46 شکل 2-23. نمونه‌هایی از انتقال‌دهنده‌های برد که جهت مدولاسیون در مسیر پرتو پروتون قرار داده می‌شوند. 48 شکل 2-24. نمونه‌ای از چرخ مدولاتور برد. 49 شکل 2-25. نمودار شار نوترون برحسب فاصلۀ عرضی از ایزوسنتر [57] 49 شکل 2-26. مقایسۀ شار نوترون تولید شده در صورت حضور و عدم حضور چرخ مدولاسیون برد [57] 50 شکل 2-27. نمایی از یک فیلتر شیاردار در جهت‌های مختصاتی مختلف در دستگاه دکارتی[69] 51 شکل 2-28. نمایش یک فیلتر مدوله کنندۀ برد زمانی که محور آن به اندازۀ θ درجه چرخش داشته باشد. 51 شکل 2-29. نمایی از یک سیستم پراکندگی ساده با یک پراکنندۀ مسطح.. 53 شکل 2-30. نمایی از سیستم پراکندگی دوگانه با بهره گرفتن از پراکنندۀ منحنی‌شکل.. 53 شکل 2-31. نمایی از یک پراکنندۀ منحنی‌شکل که ترکیبی از سرب و لگزان در کنار یک‌دیگر است. 54 شکل 2-32. نمایی از سیستم پراکندگی دوگانه با بهره گرفتن از پراکنندۀ دوحلقه‌ای.. 55 شکل 2-33. نمایش توزیع دوز ایجاد شده توسط هر بخش از پراکنندۀ دو حلقه‌ای و برهم‌نهی آن‌ ها [81] 55 شکل 2-34. نمایی از سیستم پراکندگی دوگانه با بهره گرفتن از حلقه‌های مسدودکننده 56 شکل 2-35. توزیع دوز ایجاد شده توسط حلقه‌های مسدودکننده در سیستم پراکندگی دوگانه [82] 56 شکل 2-36. نمای کلی از سیستم شکل‌دهندۀ پرتو که در اصلاح رابطۀ آهنگ دوز ( معادلۀ (‏2‑34) ) به‌کار گرفته شده است. 61 شکل 2-37. نمایش وابستگی fMOD به زمان حضور عمیق ترین پیک در مدولاسیون برد [4] 62 شکل 3-1. میانگین میدان مغناطیسی به‌صورت تابعی از شعاع مدار پروتون در سیکلوترون IBA (بالا) [103] و سیکلوترون PSI (پایین) [102] ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..69 شکل 3-2. شکل شماتیک از چشمۀ یونی مورد استفاده در یک سیکلوترون [4]………………………………………………………………70 شکل 3-3. بازده سیستم انتخاب انرژی مربوط به سیکلوترون IBA برحسب برد پروتون‌های ورودی به نازل [104] 71 شکل 3-4. نمای کلی از یک چرخه در سینکروترون که شامل تزریق پروتون‌های MeV 2 یا MeV 7، شتاب پروتون‌ها تا انرژی دلخواه در زمانی کمتر از 5/0 ثانیه، خروج آهستۀ پروتون‌های شتاب داده شده به خط پرتو در زمانی بین 5-5/0 ثانیه و در آخر کاهش سرعت و تخلیۀ پروتون‌های استفاده نشدۀ باقی‌مانده [4] 73 شکل 3-5. نمای کلی از نازل HCL که برای درمان تومورهای چشمی به‌کار گرفته شده است و به‌ترتیب شامل چرخ مدولاتور برد (K)، موازی‌ساز اول (F)، انتقال‌دهندۀ برد با ضخامت متغیر (L)، کاهندۀ انرژی با ضخامت ثابت (G)، موازی‌ساز دوم (H)، آشکارساز نظارت (B)، صفحات آشکارساز یونی (J)، محفظۀ خالی ©، موازی‌ساز مخروطی شکل (D) و موازی‌ساز مخصوص بیمار (E) می‌باشد [114]……………………………………………………………………………………………………………………………………….78 شکل 4-1. نمای کلی از فانتوم شبیه‌سازی شده و مورد استفاده در محاسبات دوزیمتری در روش اسکن مغناطیسی پرتو. 79 شکل 4-2. نمونه‌ای از پیک‌های براگ‌ تشکیل شده در فانتوم چشم با ترکیبات واقعی تومور در روش اسکن پرتو………….80 شکل 4-3. توزیع دوز نسبی برحسب عمق برای پروتون MeV 32 و MeV 24 و مقایسۀ آن‌ ها در دو فانتوم چشم با ترکیبات واقعی تومور (نقطه‌چین) و آب (منحنی مشکی)………………………………………………………………………………………………………81 شکل 4-4. منحنی ایزودوز نسبی مربوط به تابش پرتو پروتون با انرژی MeV 32 در فانتوم آب ( منحنی قرمز رنگ) و محیط چشمی (منحنی نقطه‌چین)…………………………………………………………………………………………………………………………………………82 شکل 4-6. تعیین درایۀ مربوط به بیشینه مقدار دوز برای هر پیک براگ ………………………………………………………………………….84 شکل 4-7. معادلۀ ماتریسی جهت محاسبۀ ضرایب وزنی در این شکل، ماتریس‌ها از چپ به راست به‌ترتیب برابر با ماتریس مربوط به پیک‌های براگ، ماتریس ضرایب وزنی و ماتریس مربوط به بخش مسطح SOBP می‌باشند. ماتریسی که دور آن خط کشیده شده، ماتریس مجهول مربوط به ضرایب وزنی است…………………………………………………………………………………………..84 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………………………………………………………………………………………………………….86 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)………………………………………………………………………………………………….87 شکل 4-11. توزیع دوز برحسب عمق برای پرتو پروتون تک انرژی MeV 159 در فانتوم سادۀ آب که بردی در حدود cm18 دارد………………………………………………………………………………………………… ………. … …… .90 شکل 4-12. توزیع دوز عرضی گاوسی شکل برای پرتو پروتون تک انرژی MeV 159 در فانتوم سادۀ آب…………………….90 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……………………………………………………………………………………………. ..90 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……………………………………………………………………………………… …91 شکل 4-15. توزیع زاویه‌ای و میزان واگرایی پرتو پروتون بعد از عبور از لگزان روی سطح خروجی لگزان………………………92 شکل 4-16. مقایسۀ منحنی ایزودوز برای سطوح 56% و 89% در فانتوم آب در صورت حضور (منحنی قرمز) و عدم حضور (منحنی مشکی) صفحات آلومینیومی…………………………………………………………………………………………………………………………………….93 شکل 4-17. مقایسۀ توزیع دوز عرضی در بخش ورودی فانتوم آب در صورت حضور (منحنی قرمز) و عدم حضور (منحنی مشکی) صفحات آلومینیومی……………………………………………………………………………………………………………… …………… .93 شکل 4-18. شار پروتون برحسب انرژی روی سطح خروجی نازل، نمودارها از راست به چپ متناظر با استوانۀ لگزان به ضخامت‌های 3/9، 55/9 و 8/9 سانتیمتر می‌باشند………………………………………………………………………………………………………………..94 شکل 4-19. توزیع زاوبه‌ای و میزان واگرایی طیف پروتون روی سطح خروجی نازل و قبل از ورود به فانتوم متناظر با لگزان به ضخامت 55/9 سانتیمتر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..95 شکل 4-20. نمایی از فانتوم مورد استفاده جهت انجام محاسبات دوزیمتری برای طیف خروجی از نازل……………………..96 شکل 4-21. توزیع دوز عمقی و پیک‌های براگ اولیه در فانتوم چشم محتوای آب ناشی از طیف‌های خروجی از نازل، از راست به چپ به‌ترتیب متناظر با ضخامت‌های 3/9، 55/9 و 8/9 سانتیمتر…………………………………………………………………………96 شکل 4-22. توزیع دوز عمقی با درنظرگرفتن وزن مناسب برای هر کدام از طیف‌های خروجی از نازل و SOBP حاصل از برهم‌نهی پیک‌های براگ‌ بهینه شده با ضرایب وزنی…………………………………………………………………………………………………………….97 شکل 4-23. توزیع دوز عرضی بهینه شده با ضرایب وزنی. نقطۀ cm 4/0- در محور افقی نمودار، نقطۀ شروع فانتوم شبیه‌سازی شده است؛ از این‌رو دوز عرضی اندازه‌گیری شده نامتقارن دیده می‌شود…………………………………………………………98 شکل 4-24. سطح مقطع طولی مدل واقعی چشم برای شبیه‌سازی درمان در روش انتقال‌دهندۀ برد…………………………..99 شکل 4-25. توزیع دوز برحسب عمق و پیک‌های براگ اولیه در مدل واقعی چشم در روش انتقال‌دهندۀ برد پیک‌ها از راست به چپ به‌ترتیب متناظر با ضخامت‌های 3 تا 75/3 سانتیمتر ستون آب می‌باشند…………………………………………………..102 شکل 4-26. مقایسه‌ای بین توزیع دوز نسبی برحسب عمق و پیک‌های براگ‌ در دو فانتوم چشم با ترکیبات واقعی و آب از راست به چپ متناظر با ضخامت‌های 3، 35/3 و 65/3 سانتیمتر ستون آب…………………………………………………………………..103 شکل 4-27. مقایسه ای بین منحنی ایزودوز نسبی در فانتوم چشم با ترکیبات واقعی (نقطه‌چین) و آب (منحنی قرمز) مربوط به طیف پروتونی خروجی از ستون آب به ضخامت 3 سانتیمتر………………………………………………………………………………..104 شکل 4-28. SOBP حاصل از برهم‌نهی پیک‌های براگ بهینه شده با ضرایب وزنی در هر دو فانتوم چشم با ترکیبات واقعی (نقطه‌چین) و آب (منحنی مشکی)……………………………………………………………………………………………………………………………………….105 شکل 4-29. SOBP حاصل از اعمال فاکتورهای وزنی بهینه شده با فانتوم آب روی پیک‌های براگ ایجاد شده در بافت واقعی چشم (منحنی نقطه‌چین) و مقایسۀ آن با SOBP حاصل از شبیه‌سازی با فانتوم آب (منحنی مشکی) ……………………………………………………………………………………………………….. ……….. …………….. ….. …….. …………………..106 شکل 4-30. طیف انرژی مربوط به شار نوترون‌های تولید شده به ازای هر پروتون در نازل HCL……………………………………108 شکل 4-31. توزیع دوز ذرات ثانویه برحسب عمق در فانتوم آب برای فوتون ( )، نوترون ( ) و الکترون ( ) مربوط به نازل HCL……………………………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………..109 1-1- تعریف تومور و انواع آن تومور[1] ، تودۀ غیرطبیعی بافت بدن است که در آن سلول‌ها تحت یک الگوی غیرعادی رشد کرده و تقسیم می‌شوند؛ بنابراین با افزایش تعداد چنین سلول‌هایی، تناسب میان آن‌ ها و سلول‌های بافت سالم اطراف از بین می رود و با ادامۀ این‌ روند حتی بعد از توقف عامل الگوسازی غیرطبیعی، تومور به وجود می‌آید. انواع مختلف تومور را می‌توان در سه گروه دسته بندی کرد: تومورهای خوش‌خیم که توانایی حمله به بافت‌های اطراف را ندارند. این مشخصه (حمله به بافت‌های اطراف) از ویژگی‌های یک تومور سرطانی است؛ بنابراین تومورهای خوش‌خیم، سرطانی نیستند و عموماً آهنگ رشد کمتری نسبت به تومورهای بدخیم دارند. تومورها می‌توانند پیش‌بدخیم باشند؛ یعنی شکل اولیه و ابتدایی سرطان که در آن تهاجم سلول‌های تومور به بافت‌های اطراف، قبل از نفوذ به غشای پایه صورت نمی‌گیرد. به عبارت دیگر سلول‌های یک تومور پیش‌بدخیم، سر جای خود زیاد می‌شوند و اگر زمان کافی وجود داشته باشد، می‌توانند شکل بدخیم یا همان تومور سرطانی پیدا کنند. تومورهای بدخیم که عموماً سرطان نامیده می‌شوند، قابلیت هجوم و تخریب بافت‌های اطراف را دارند و ممکن است سبب ایجاد متاستاز (گسترش سرطان از یک عضو یا بخش ب خرید اینترنتی فایل متن کامل : دن به بخش‌های غیرمجاور) و درنهایت مرگ شوند. تومورهای سرطانی ناشی از متاستاز تومورهای اصلی، نئوپلاسم ثانویه نام دارند؛ برای چنین سرطان‌های خاصی، تکرار فرایند درمان مورد نیاز است؛ این فرایند می‌تواند شیمی‌درمانی و یا پرتودرمانی باشد.