A Monte Carlo Investigation on the Effect of Field Size on Neutron Spectrum in Elekta SL 75/25 Linac on 18 MV

(1)

257

A Monte Carlo Investigation on the Effect of Field Size on Neutron Spectrum in Elekta SL 75/25 Linac on 18 MV

Soroush Sistani¹, Mohammad Javad Safari²,

Payman Hejazi³

1 MSc Student in Medical Physics, Student Research Committee, Faculty of Medicine, Semnan University of Medical Sciences, Semnan, Iran

2 PhD Student in Phyisc, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

3 Assistant Professor, Department of Medical Physics, Faculty of Medicine, Semnan University of Medical Sciences, Semnan, Iran

(Received March 14, 2016 ; Accepted August 6, 2016)

Abstract

Background and purpose: High-energy photon beams above 8-10 MV used in external radiation therapy produce neutron in dealing with the linear accelerator components and other parts in radiation field. The weakening of neutrons due to the closing jaws collimator angle, in smaller field sizes can also be a contributing factor in changing the neutron spectrum. Since a direct measurement of the neutron flux and spectrum require complex measurements in treatment room, the Monte Carlo is an alternative method for determining the true environmental neutron spectrum.

Materials and methods: Geometry of linear accelerator Elekta SL75/25 was designed in FLUKA simulation code and its validation was tested. Spectrum of neutrons produced in the accelerator was determined in the center of four field sizes of 20 × 20, 15 × 15, 10 × 10, and 5 × 5 cm². Data analysis was done applying Mann-Whitney test.

Results: In the condition with flattening filter, significant differences was found in the neutron spectrum only in 5 × 5 to 15 × 15 cm² and 5 × 5 to 20 × 20 cm² field sizes (P<0.05).

Conclusion: Our results of the neutron spectrum using FLUKA simulation code are in a good conformity with the results of practical dosimetry of other researchers; therefore, checking the neutron flux in radiotherapy by simulation can be an appropriate solution to improve patient treatment and protection issues. Since neutron dose increases with an increase in field size, so, we can conclude that field size influences secondary effects of treatment.

Keywords: linear accelerator, neutron contamination, field size, Monte Carlo

J Mazandaran Univ Med Sci 2016; 26(143): 257-262 (Persian).

[ Downloaded from jmums.mazums.ac.ir on 2022-10-31 ]

(2)

هرود هرامش مشش و تسيب 341

رذآ لاس 3131 ( 222 - 215 )

سررب ی ثات ی ر م هزادنا ی

ناد نوتوف ی

ب رب ی بان لاآ نورتون ین

هد هدنهدباتش رد

طخ ی

Elekta SL75/25

ژرنا رد ی

ولراک تنوم شور هب MV18

س شورس ی ناتس

1ی

رفص داوج دمحم

2ی

پ ی نام زاجح

3ی

هدیكچ

هقباس :فده و نوتوف یاه ژرنا اب ی ب ی ش زا 01 - 8 طخ هدنهدباتش رد تلو اگم ی

سم لوط رد ی

ر طاط اات فده زا دوخ

ب تطوپ ی رام ازجا اب ی فلتخم ی ب م دروخر ی دننک م هک ی دناوت لوت هب رجنم ی

د دوالآ ی نورتوان ی ا ت هاب هاجوت ااب ددرا ی

ف

لد هب نورتون ی

ل واز ندش هتسب ی

ه کف یاه لوک ی روتام م هزادنا رد ی

ناد ه ا ی م هزادنا ،رت کچوک ی

ناد م ی دناوت ی ک رثوم لماع

غت رد یی ر ب ی بان نآ زا داشاب نورتون ااج

یی هزادانا هاک ای

ر ی تاسم ی م و رااش بی باان ن ناامرد رااتا لاخاد رد نورتوان ای

زا هاب

هزادنا ی ر ی اه ی پ ی چ ی هد ولراک تنوم ،دراد ی

ک اج شور ی زگ ی ن ارب ی ت یی ن ب تطرد ی بان تطا نورتون

و داوم شور :اه یطخ هدنهدباتش رط هطدنه

Elekta SL75/25

یزااط هیهاش داک رد

FLUKA

دروام و داش یاحارط

نورتون بانیب تفر رارق یجنط راهتعا نادیم هزادنا راهچ زکرم رد ،هدنهدباتش نیا رد هدش دیلوت

21 × 21 ، 01

× 01 ، 01

× 01

و 1

× 1 یتناط هداد زیلانآ تهج دش نیی ت عبرم رتم دش هدافتطا ینتیو نم یرامآ نومزآ زا اه

هتفای نادیم هزادنا زا ط ف ،هدننک نهپ رتلیف اب تلاح رد :اه 1

× 1 ات 01

× 01 یتناط و عبرم رتم 1

× 1 اات 21

× 21 یتنااط راتم

ین م نورتون بانیب رد فلاتخا ،عبرم ( تطا راد

11 / 1

p<

)

:جاتنتسا یزاط هیهش دک ططوت نورتون بانیب جیاتن

Fluka

جیاتن اب یبوخ قباطت نی حم ریاط یلمع یرتمیزد هب طوبرم

هیهش هلیطو هب یپارتویدار رد ینورتون راش یطررب نیاربانب ؛تشاد یم یزاط

کهار دناوت ناامرد دواههب تاهج رد اطانم یرا

مه دشاب یتظافح ثحاهم و رامیب نادیم هزادنا درک نایب ناوت یم ،نادیم هزادنا شیازفا اب نورتون زد شیازفا هب هجوت اب نینچ

تطا راذ ریثأت نامرد هیوناث راثآ زورب رب

:یدیلک یاه هژاو وم ،نورتون ی دولآ ،نادیم هزادنا ،یکشزپ یطخ هدنهدباتش

ولراک تن

همدقم

نواتوف ،فااب یژرانا ااب یپارتویدار رد یژرانا ااب ااه

زا رتفاااب 8 هدنهدباتااش رااط یازااجا اااب دروااخرب رد

MV

یم دیلوت نورتون ،یطخ دننک

( 0

، 2

لیلد هب

)

یانزو روتکاف

(

WR

فاب )

،نورتون ی ناطراط زورب لامتحا

هایوناث یااه و

یتفااب تا یاض شیازافا

یام دابای

( 3

)

اخرب ی تاا لاطم زا

هدااش شاااجنا رااب رثواام لااماوع درواام رد

لوت اای د ،نورتواان

کلاب و هدننک نهپ رتلیف ،فده ،اهروتامیلوک یبرط یاه

هتسناد نورتون دیلوت یلصا عهنم ار دنا

( 4 - 6 )

لوم :لوئسم ف یزاجح نامیپ -

،نانمط هاگشناد شولع یکشزپ نانمط E-mail:hejazip@semums.ac.ir

0 وجشناد ی طانشراک ی ف دشرا ی ز ی ک کشزپ ی هتیمک ، نانمط ،نانمط یکشزپ شولع هاگشناد ،یکشزپ هدکشناد ،ییوجشناد تا ی حت ناریا ،

2

،کیزیف یرتکد یوجشناد ت نص هاگشناد

ی ما ی هکر ی

،ر رهت نا ناریا ،

3 داتطا ی را

، ف هور ی ز ی ک کشزپ ی

، کشزپ هدکشناد ی

، کشزپ شولع هاگشناد ی

نانمط ،نانمط ناریا ،

: تفایرد خیرات 24

/ 02 / 0334 : تاحلاصا تهج عاجرا خیرات 7

/ 0 / 0331 : یوصت خیرات 06

/ 1 / 0331

(3)

س شورس ی

ناتس ی ناراکمه و

ناردنزام يكشزپ مولع هاگشناد هلجم

هرامش ،مشش و تسيب هرود 341

رذآ ، 3131 213

هاتوک شرازگ

،نورتوانوتوف دایلوت راب نادایم هزادنا ریثات دروم رد تخا دراد دوجو رظن فلا ااب داندرک نایب تا لاطم یخرب

یام شهااک نورتوان دایلوت ،نادایم هزادنا شیازفا ،دابای

دایلوت شیازفا دهاش ،نادیم هزادنا شیازفا اب رگید یخرب دندوب نورتون

( 7 - 00 )

نآ زا ییاج هک شور یاه یلمع

، تیدودحم یدایز یاه

راد ن

،د هیهش دک زا ه لاطم نیا شاجنا یارب اذل یزاط

FLUKA

دش هدافتطا اکولف دک

کی رازبا یتاهطاحم یواق رواظنم هاب

یاهدروخرب و لا تنا ههطاحم هدام اب تارذ

یم بوسحم دوش

هیهش رد دک نیا زا هدنهدباتش یزاط

طررب ،اه شنکمهرب ی ااه

هزادنا و یم هدافتطا هدرتس روط هب زد یری دوش

( 02 )

ه لاطم نیا فده ینواتوف نادیم هزادنا ریثات یطررب

شور هاب یپارتوایدار نیاح رد هدانیفآ نورتوان رااش رب یم ولراک تنوم دشاب

اه شور و داوم

ها لاطم نیا رد هیهاش داک زا

یزااط

FLUKA

یاراب

لدم یاطخ هدنهدباتاش راط هطدنه یزاط

Elekta SL75/25

یژرنا رد 08

نا ه لاطم لک دش هدافتطا

MV

هاب هدش شاج

یجناطراهتعا رواظنم هاب ااهنت و هدوب یزاط هیهش تروص جیااتن ،نوتوف دیلوت رظن زا هدش یزاط هیهش هطدنه ،هیلوا تروااص هاب زد لایافورپ و یا مع زد داصرد هاب طوابرم هزادنا یبرجت دش یری

رد یلمااک تااعلاطا ،هدنهدباتش یزاط هیهش تهج داوام ایکرت و سنج ،هاگتطد رط هطدنه دروم لیکاشت

طوابرم یاهرتماراپ دش هیهت رظن دروم هدنهدباتش هدنهد عاهنم نااکم و هرذ عوان ،یژرانا هالمج زا یشبات نادیم هب عاطق سناایراو شهاک شور زا هولاع هب دیدر فیر ت رد نورتوان هک نیا هب هجوت اب دش هدافتطا ه لاطم نیا رد نوتوف زا رتفااب یژرانا ااب یاه 8

MeV

یام دایلوت

،دواش

،نوراتکلا و نواتوف یاراب ار عاطق یژرانا راد م 7

MeV

هب دیدر تاهطاحم تعرط شیازفا هط هک میداد رارق شنکمهرب یطررب روظنم نورتوانوتوف هاب طوبرم یاه

ااه

( ریلکونوتوف تراک ،کیزیف تراک رد

PHOTONUC

) رد درابارت یاراب هداش باختنا تارذ داد ت دیدر لا ف

هزادنا نیا یری

3

،اه 01 یااطخ هاب هاک داش باختنا هرذ

مک زا رت 1 دوش رجنم دصرد ریدا م ،نورتون زد لدا م یجنطراهتعا روظنم هب ادتبا

لصاوف رد نورتون زد لدا م هب طوبرم 1

، 01 ، 11 و 011

یتناط زاب نادیم زا یرتم 21

× 21 یتناط ههاطاحم عابرم رتم

باانیب راب نادیم هزادنا ریثات یطررب تهج سپط دیدر ون تراک زا هدافتطا اب ،نورت

USRTRACK

نورتوان بانیب ،

فاالتخم ناداایم هزاداانا راااهچ یارااب 21

× 21 ، 01

× 01 ،

01 × 01 و 1

× 1 رد عاابرمرتم یتناااط

SSD=100

کاای رد

عا ش هب یورک شوتناف 01

تناط ی ا رتم هزادن دش یری

ثحب و اه هتفای

هاب زد لایافورپ و یا مع زد دصرد تاهطاحم جیاتن طراهتعا روظنم هیهش هطدنه یجن

یحص ،هدش یزاط نیرات

یژرانا رد ار قباطت نازیم 8

/ 07 ناوانع هاب هاک داد نااشن

هیهش هاگتطد یژرنا دیدر باختنا ،هدش یزاط

ااب نورتوان زد لداا م یجناطراهتعا هاب طوبرم جیاتن طیاراش نیامه رد ناراکمه و یمشاه ه لاطم هب طوبرم جیاتن

هراماش لوداج رد هاک دش هسیا م 0

ن و هراماش رادوام 0

یم هدهاشم دوش

( 03

)

داد نااشن یانتیو نم یرامآ نومزآ

ین م فلاتخا ینحنم ود نیا ( دنرادن یراد

11 / 1

p>

)

شاجنا تاهطاحم ارب هدش

ی ب ی بان رد نورتوان هزادانا

نادیم یااه 1 2

× 1 2 ، 01

× 01 ، 01

× 01 و 1

×

2

1 داد نااشن

cm

نادیم زا نادیم هزادنا شیازفا اب هک 1

× 1 اات 1 0

× 1

2

0

cm

و 1

× 1 ات 1 2

× 1

2

2 یان م

cm

تاطا راد نورتوان نازایم و

یم شیازفا نورتون راش و هدنیفآ دبای

( 11 / 1

p<

) بی باان

م هزادنا رد نورتون ی

ناد اه ی رد فلتخم هرامش رادومن

2 تطا هدش هداد ناشن

هرامش لودج 1

زاب نادیم رد نورتون زد لدا م جیاتن: 21

× 21 یمشاه ه لاطم

21

× 21 یزاط هیهش

نادیم هزادنا cm2( )

م زا هلصاف ( زکر )cm 7

/

±1 7 /

3 3/077±1/11 1

14 /

±0 4 /

2 2/48±2/14 01

2 /

±1 8 /

1 1/718±0/16 11

4 /

±1 2 /

1 1/13±1/38 011

(4)

هرامش رادومن 1

نادایم هزادانا رد نورتون دیلوت یجنطراهتعا: 21

× 21

لصاوف و نادیم زکرم رد یرتم یتناط 01

، 11 و 011 یرتم یتناط

هرامش رادومن 2

بانیب: یااه نادیم هزادنا رد نورتون یژرنا 21

× 21 و

01

× 01 و 01

× 01 و 1

× 1 عبرم رتم یتناط

یام شیازافا نادایم هزادنا هک ینامز تالع هاب ،دابای

زد ااب هاک روتاامیلوک زا یاشان ی دانکارپ نداش هدوزفا شیازفا زین یجورخ ،دوش یم عمج هیلوا هکیراب زا یشان یم روتامیلوک ی دنکارپ روتکاف دبای (

یام )

Sc

هاب داناوت

خاشم نادایم کی یارب اوه رد یجورخ تهسن ناونع ( عااجرم ناداایم کاای هااب

cm2

11

×

دوااش فاایر ت )

11 (

2 )

هداد ندرااک لااامرن یارااب نیاربااانب هااسیا م روااظنم هااب اااه

نادیم هزادنا یحص یراض دیاب ،مه اب فلتخم یاه

Sc

ددر لامعا تاهطاحم رد نادیم هزادنا شیازفا اب ،ه لاطم نیا رد نادیم زا

1 × 1

ات 21

×

2

21 فای شیازفا نورتون راش

cm

ااب الطم نیا ت

دراد تا باطم نارگاشهوهپ رارکا طاطوت هدش هئارا جیاتن

( 01

، 04 - 03

اخ هاک دنتسه ینارگشهوهپ هک دنچره

)

فلا

دانراد ار راظن نیا

( 21 - 23

،

)

هاک روتکااف نتفراگن راظن رد

،روتامیلوک ی دنکارپ نادیم هزادنا یطررب

گرزب یاه رت

2

زا 21

cm

× 21 ندراکن هدافتطا و یلمع تاهطاحم رد اطخ ،

یقد هطدنه زا هیهش یارب ق

،یزاط یم دواجو لایفد دنناوت

دنشاب هتشذ تا لاطم جیاتن رد رظن فلاتخا ییفااب یامتا دداع لایلد هب هیوناث روتامیلک هچر ا رااطم نورتواان داایلوت لااماع کاای ناواانع هااب ،دراد هااک

یم هب لاح نیا اب ،دشاب ،دراد هاک یداایز تماخاض لایلد

نورتونوتوف خ رد هرابود هدش دیلوت یاه

کف دو نآ یااه

یاام فااقوتم کااف ور ناایا زا و دنوااش

رد روتااامیلک یاااه

نورتون شهاک یم افیا ار یرترثوم ش ن هیوناث یاه

دانک

کف ندش کیدزن اب و مه و نوتوف زد مه ،رگیدکی هب اه

مک نورتون زد یم رامیب هب یرت

دطر

References

1. Hashemi S, Raisali G, Taheri M, Majdabadi A, Ghafoori M. The effect of external wedge on the photoneutron dose equivalent at a high energy medical linac. Nukleonika 2011;

56(1): 49-51.

2. Khan FM. The Physics of Radiation Therapy:

Lippincott Williams & Wilkins; 2010.

3. Mesbahi A, Keshtkar A, Mohammadi E, Mohammadzadeh M. Effect of wedge filter and field size on photoneutron dose equivalent for an 18MV photon beam of a medical linear accelerator. Appl Radiat Isot 2010; 68(1): 84-89.

4. Allardice A. Neutron production and transport at a medical linear accelerator:

Colorado State University; 2014. (Thesis).

5. Hashemi SM, Hashemi-Malayeri B, Raisali G, Shokrani P, Sharafi AA. The effect of field modifier blocks on the fast photoneutron dose equivalent from two high- energy medical linear accelerators. Radiat Prot Dosimetry 2008; 128(3): 359-362.

6. Pena J, Franco L, Gomez F, Iglesias A, Pardo J, Pombar M. Monte Carlo study of Siemens PRIMUS photoneutron production. Phys Med Biol 2005; 50(24): 5921-5933.

(5)

س شورس ی

ناتس ی ناراکمه و

ناردنزام يكشزپ مولع هاگشناد هلجم

هرامش ،مشش و تسيب هرود 341

رذآ ، 3131 223

هاتوک شرازگ

7. Awotwi-Pratt JB, Spyrou NM. Measurement of photoneutrons in the output of 15 MV varian clinac 2100C LINAC using bubble detectors. J Radioanal Nucl Chem 2007;

271(3): 679-684.

8. Chibani O, Ma C-MC. Photonuclear dose calculations for high-energy photon beams from Siemens and Varian linacs. Med Phys 2003; 30(8): 1990-2000.

9. Ghiasi H, Mesbahi A. Monte Carlo characterization of photoneutrons in the radiation therapy with high energy photons: a Comparison between simplified and full Monte Carlo models. Iranian Journal of Radiation Research (IJRR) 2010; 8(3): 187-193.

10. Zabihinpoor S, Hasheminia M. Calculation of Neutron Contamination from Medical Linear Accelerator in Treatment Room. Adv Studies Theor Phys 2011; 5(9): 421-428.

11. Jahangiri M, Hejazi P, Hashemi SM, Haghparast A, Hajizadeh B. The Effect of Field Size and Distance from the Field Center on Neutron Contamination in Medical Linear Accelerator. International Journal of Advanced Biological and Biomedical Research (IJABBR) 2015; 3(1): 97-104.

12. Zabihzadeh M, Ay MR, Allahverdi M, Mesbahi A, Mahdavi SR, Shahriari M. Monte Carlo estimation of photoneutrons contamination from high-energy X-ray medical accelerators in treatment room and maze: a simplified model.

Radiat Prot Dosim 2009; 135(1): 21-32.

13. Hashemi SM, Hashemi-Malayeri B, Raisali G, Shokrani P, Sharafi AA, Torkzadeh F.

Measurement of photoneutron dose produced by wedge filters of a high energy linac using polycarbonate films. J Radiat Res 2008;

49(3): 279-283.

14. Saeed MK, Moustafa O, Yasin OA, Tuniz C, Habbani FI. Doses to patients from

photoneutrons emitted in a medical linear accelerator. Radiat Prot Dosimetry 2009;

133(3): 130-135.

15. Chibani O, Ma CM. Photonuclear dose calculations for high-energy photon beams from Siemens and Varian linacs. Med Phys 2003; 30(8): 1990-2000.

16. Sohrabi M, Morgan KZ. Neutron dosimetry in high energy X-ray beams of medical accelerators. Phys Med Biol 1979; 24(4):

756-766.

17. Kase K, Mao X, Nelson W, Liu J, Kleck J, Elsalim M. Neutron fluence and energy spectra around the Varian Clinac 2100C/2300C medical accelerator. Health Phys 1998;

74(1): 38-47.

18. Powell N, Newing A, Bullen M, Sims C, Leaton S. A radiation safety survey on a Clinac-20 linear accelerator. Phys Med Biol 1987; 32(6): 707-718.

19. Paredes L, Genis R, Balcazar M, Tavera L, Camacho E. Fast neutron leakage in 18 MeV medical electron accelerator. Radiat Meas 1999; 31(1-6): 475-478

20. Mao XS, Kase KR, Liu JC, Nelson WR, Kleck JH, Johnsen S. Neutron sources in the Varian Clinac 2100C/2300C medical accelerator calculated by the EGS4 code. Health Phys 1997; 72(4): 524-529.

21. Kim HS, Park YH, Koo BC, Kwon JW, Lee JS, Choi HS. Evaluation of the photoneutron field produced in a medical linear accelerator.

Radiat Prot Dosimetry 2007; 123(3): 323- 328.

22. Mesbahi A, Keshtkar A, Mohammadi E, Mohammadzadeh M. Effect of wedge filter and field size on photoneutron dose equivalent for an 18 MV photon beam of a medical linear accelerator. Applied Radiation and Isotopes 2010; 6(9): 84-89.

(6)

23. Ghavami SM, Mesbahi A, Mohammadi E.

The impact of automatic wedge filter on photoneutron and photon spectra of an 18-

MV photon beam. Radiat Prot Dosimetry 2010; 138(2): 123-128.