Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2020. Том 65. № 1. С. 54–58

Т. Меджадж¹, А.И. Ксенофонтов¹, А.В. Далечина²

Эффективный способ моделирования системы Leksell Gamma Knife Perfexion методом поворота в файле фазового пространства

1. Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва;
2. Деловой центр нейрохирургии, Центр Гамма-Нож, Москва
Контактное лицо: Toufik Medjadj Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Реферат

Цель: Разработка эффективного способа моделирования методом Монте-Карло системы Гамма-Нож модели Perfexion на основе поворота частиц в файле фазового пространства PSF (phase space file). Этот способ не нуждается в моделировании всех 192 источников излучения установки, распределенных в коллиматоре конической формы. Моделирование выполняется только для 5 источников из 192 источников для каждого коллиматора установки.

Материал и методы: В предыдущей модели системы Гамма-Нож применялся файл фазового пространства только для одного источника при моделировании дозового распределения методом Монте-Карло, так как такое фазовое пространство одинаково для всех 201 источника прежней модели. Модель Perfexion является более сложной как из-за не-коаксиального расположения источников, так из-за сложности самой системы коллиматора.
В данной работе предложен эффективный способ моделирования излучения для модели Perfexion с помощью файла фазового пространства с использованием программного пакета Penelope. При этом файл фазового пространства был создан для одного источника в каждом кольце, т.е. всего 5 файлов для каждого размера коллиматора. Файлы фазового пространства для других источников были получены с помощью поворота вокруг оси Z азимутальным перераспределением частиц, после чего полученные файлы фазового пространства одного кольца сохранялись вместе в одном файле.

Результаты: Достоверность полученных результатов проверялась сравнением дозовых профилей и выходных факторов с результатами расчетов по алгоритму TMR10 планирующей системы Leksell Gamma Plan в гомогенной среде. Критерий приемлемости между расчетами по TMR10 и методом Монте-Карло основан на гамма-индексе (GI), значение которого больше единицы не обнаружено для всех случаев, что свидетельствует о хорошем согласии результатов. Различия между факторами выхода, полученными в данной работе, и данными TMR10 для коллиматоров диаметров 8 и 4 мм составляют 0,74 и 0,73 % соответственно.

Заключение: В работе успешно разработан и предложен эффективный способ моделирования системы Гамма-Нож модели Perfexion. Данный способ обеспечивает корректные расчеты дозовых распределений в гомогенной среде для коллиматоров с диаметром 16, 8 и 4 мм.

Ключевые слова: установка Гамма-Нож Рerfexion, Монте-Карло-моделирование, файл фазового пространства

Для цитирования: Меджадж Т., Ксенофонтов А.И., Далечина А.В. Эффективный способ моделирования системы Leksell Gamma Knife Perfexion методом поворота в файле фазового пространства. Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2020;65(1):54-58.

DOI: 10.12737/1024-6177-2020-65-1-54-58

Список литературы / References

1. Maitz A, Flickinger J, Lunsford L. Gamma Knife Technology and Physics: Past, Present, and Future. Lunsford LD, Kondziolka D, Flickinger JC (eds): Gamma Knife Brain Surgery. Prog Neurol Surg. Basel, Karger. 1998;14:5-20.
2. Голанова АВ, Костюченко ВВ. Нейрорадиохирургия на Гамма-Ноже. В сб.: История стереотаксиса и радиохирургии. ред. Костюченко ВВ. – Москва, 2018;121-31. [Golanov AV, Kostjuchenko BB. Neuroradiosurgery with Gamma Knife. In: History of Stereoraxy and Radiosurgery. Kostjuchenko BB, ed. Moscow. 2018:121-31. (In Russ.)].
3. Yuan J, Lo SS, Zheng Y, Sohn JW, Sloan AE, Ellis R, et al. Development of A Monte Carlo Model for Treatment Planning Dose Verification of the Leksell Gamma Knife Perfexion Radiosurgery System. J Applied Clinical Medical Physics. 2016;17(4):190–201.
4. Lindquist C, Paddick I. The Leksell Gamma Knife Perfexion and Comparisons with Its Predecessors. Neurosurgery. 2007;61:130-40.
5. Ma L, Kjäll P, Novotny J, Nordström H, Johansson J, Verhey L. A Simple and Effective Method for Validation and Measurement of Collimator Output Factors for Leksell Gamma Knife Perfexion. Phys Med Biol. 2009;54:3897-907.
6. Salvat F, Jose M, Josep S. PENELOPE-2008: A Code System for Monte Carlo Simulation of Electron and Photon Transport, OECD-NEA, Report 6416, Issy-les-Moulineaux, France. 2009.
7. Bush K, Zavgorodni SF, Beckham WA. Azimuthal Particle Redistribution for the Reduction of Latent Phase-Space Variance in Monte Carlo Simulations. Phys Med. Biol. 2007;52:4345-60.
8. Brualla L, Sauerwein W. On the Efficiency of Azimuthal and Rotational Splitting for Monte Carlo Simulation of Clinical Linear Accelerators. Radiation Phys and Chemistry. 2010;79:929-32.
9. Cho YB,  van Prooijen M, Jaffray DA, Islam MK. Verification of Source and Collimator Configuration for Gamma Knife Perfexion Using Panoramic Imaging. Med Phys. 2010;37(3):1325-31.
10. Low DA, Harms WB, Mutic S, Purdy JA. A Technique for the Quantitative Evaluation of Dose Distributions. Med Phys. 1998;25:656-61.

PDF (RUS) Полная версия статьи

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Участие авторов. Cтатья подготовлена с равным участием авторов.

Поступила: 08.04.2019. Принята к публикации: 11.12.2020.