簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 游佩潔
Yu, Pei-Chieh
論文名稱： 以MCNPX計算Henschke裝療管於近接治療子宮頸癌病患的劑量
MCNPX dose calculation for cervical cancer patients using brachytherapy with a Henschke applicator
指導教授： 董傳中
Tung, Chuan-Jong
趙自強
Chao, Tsi-Chian
口試委員: 李宗其
Lee, Chung-Chi
莊克士
Chuang, Keh-Shih
吳錦榕
Wu, Ching-Jung
學位類別： 博士
Doctor
系所名稱： 原子科學院 - 生醫工程與環境科學系
Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences
論文出版年： 2013
畢業學年度： 101
語文別： 中文
論文頁數： 101
中文關鍵詞： 近接治療 、Henschke裝療管 、蒙地卡羅 、自顯影片
外文關鍵詞： Brachytherapy, Henschke Applicator, Monte Carlo, EBT3
相關次數： 點閱：2  下載：0 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 近年來，Henschke裝療管已被廣泛用於台灣婦科癌症的近接放射治療。然而，商業的近接放射治療計劃系統沒有正確地評估由Henschke裝療管引起的劑量擾動。此劑量擾動，在近接放射治療中逐漸受到關注。本研究利用Monte Carlo N-Particle Transport Code eXtended ( MCNPX ) 蒙地卡羅程式，來評估有Henschke裝療管的病人於近接治療的劑量分佈。本研究包含三種模擬狀況，第一種狀況模擬單射源劑量結果與AAPM TG-43報告中的劑量參數相比較，用以驗證模擬方法的正確性。第二種狀況模擬包含Henschke裝療管的多射源停留狀況，並將此模擬結果與近接治療計畫計算結果及自顯影片測量結果相比，以評估金屬造成之劑量差異。第三種模擬狀況為模擬包含病人電腦斷層假體之Henschke裝療管的多射源停留狀況，此狀況將與近接治療計畫計算結果及有裝療管無病人電腦斷層假體的結果相比，以評估組織不均質之劑量差異。第一種狀況中執行空氣克馬強度，徑向劑量函數和異向函數的模擬，模擬結果與TG-43定義的劑量參數相比對，其結果是一致的。而多個射源且包含Henschke裝療管劑量與治療計畫相比，治療計畫的劑量高估80％，此差距亦存在於治療計畫結果與測量結果的比對中。若比較病人電腦斷層假體和均質電腦斷層假體造成的劑量差異，則約為16.7-26％。因此，組織不均質的劑量影響小於金屬Henschke裝療管的造成之劑量影響。在均質水假體不含Henschke裝療管的條件下，治療計畫可有效評估劑量分佈。但若在均質水假體含Henschke裝療管的條件下，治療計畫劑量結果將高估80%。模擬的結果證明治療計劃系統無法評估金屬不均質的劑量分布，但來自於人體組織的不均質的劑量影響小於1％。因此在使用新的裝療管之前，必須評估該裝療管劑量分佈。

    In recent years the Henschke applicator has been widely used for gynecologic patients treated by brachytherapy in Taiwan. However, the commercial brachytherapy planning system did not properly evaluate the dose perturbation caused by the Henschke applicator. Dose perturbation caused by the Henschke applicator is a major concern for the brachytherapy planning system (BPS). We use Monte Carlo N-Particle Transport Code eXtended ( MCNPX ) to evaluate the dose distribution of patient computed tomography (CT) images employing the Henschke applicator for intracavitary brachytherapy. This study included three scenarios. First, this Monte Carlo simulation has been validated by single source dose results comparing the dose parameters to AAPM TG-43 report. Second, to investigate dose impact owing to neglect of the metal shielding effect, Monte Carlo simulation, Brachytherapy Planning System (BPS) calculations, and film measurements have been performed for dose assessment in a water phantom. Third, the CT images are applied to MCNPX for dose calculation. In addition to this phantom study, the patient CT images are also applied to MCNPX for inhomogeneous assessments. The air kerma strength, radial dose function and anisotropic function were shown good agreement with TG43 dose parameters. The dose distribution of multiple sources without Henschke applicator was performed by isodose curves. The comparison among simulation, BPS results, and film measurements were also in good agreement. But, isodose distributions with Henschke applicator by the MC simulation showed significant deviation 80% from those by the BPS. Furthermore, the comparison of dose distribution between the patient CT and phantom CT, the discrepancy of dose was 16.7-26%. This discrepancy included that the applicator placement was not exactly the same with simulation condition. But the effect of tissue inhomogeneous is still smaller than the shielding effect of Henschke applicator. In the condition of homogeneous water phantom without applying Henschke applicator, a good agreement was found among MC, BPS, and film measurement. Comparisons of MC and BPS with applying Henschke applicator show significant differences, as reported previously in the literature. The maximum overestimation is 80% in treatment area. This results prove that BPS can not calculate the metal attenuation correctly. Further, the dose discrepancy derived from the tissue heterogeneities was less than 1%. The MC results demonstrate the inability of BPS to account for heterogeneities. Thus, dose distribution of applicator must be evaluated before using new applicator.

    第一章 緒論 1 1.1 研究背景及重要性 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究目的 3 第二章 理論基礎 5 2.1 Henschke 裝療管之用途 5 2.2 近接治療治療計畫 6 2.3 蒙地卡羅模擬方法 6 2.3.1 MCNPX 6 2.4 AAPM TG43報告之劑量參數定義 12 2.4.1 空氣克馬強度（air kerma strength ） 13 2.4.2 徑向劑量函數（radial dose function） 14 2.4.3 異向性劑量函數（anisotropic function） 14 2.4.4 幾何因子（geometry function） 15 2.5 劑量驗證片系統 16 第三章 研究設計 17 3.1 模擬參數 17 3.1.1 fmesh和點劑量輸出之比對 17 3.1.2 應用克馬近似法 18 3.2 模擬狀況 19 3.2.1 單一射源於水假體中之模擬（AAPM TG-43 report劑量參數模擬） 19 3.2.1.1 空氣克馬強度（air kerma strength ） 21 3.2.1.2 徑向劑量函數（radial dose function） 22 3.2.1.3 異向性劑量函數（anisotropic function） 24 3.2.2 多射源於水假體中之模擬 25 3.2.2.1 射源停留位置模擬執行方法 25 3.2.2.2 特殊設計之符合裝療管之假體 26 3.2.2.3 多射源於水中不包含Henschke裝療管模擬的狀況 28 3.2.2.4 多射源於水中包含Henschke裝療管模擬的狀況 29 3.2.3 電腦斷層影像假體之模擬 31 3.2.3.1 於均質水假體中之lattice模擬方法與cell模擬方法之劑量比較 31 3.2.3.2 均質假體電腦斷層影像置入 33 3.2.3.3 病患電腦斷層影像之置入 34 3.2.3.4 有裝療管之水假體電腦斷層影像之假影處理 35 3.3 自顯影片之測量 35 3.3.1 多射源於水中不包含Henschke裝療管測量的狀況 35 3.3.2 多射源於水中包含Henschke裝療管測量狀況 37 第四章 結果與討論 38 4.1 最適化模擬參數結果 38 4.1.1 fmesh和點劑量輸出之比對結果 38 4.1.2 應用克馬近似法之評估 39 4.2 單一射源於水假體中之模擬（TG43劑量參數模擬）結果 40 4.2.1 空氣克馬率 41 4.2.2 徑向劑量函數 41 4.2.3 異向性劑量函數 43 4.3 多射源於水假體中之模擬 46 4.3.1 不含裝療管於均質水假體治療計畫與模擬結果之比較 46 4.3.2 多射源於水中不包含Henschke裝療管測量的狀況 50 4.3.3 含裝療管於均質水假體治療計畫與模擬結果之比較 56 4.3.4 含裝療管與不含裝療管於均質水假體模擬結果之比較 60 4.3.5 多射源於水中包含Henschke裝療管測量狀況 63 4.4 電腦斷層影像假體之模擬 67 4.4.1 於均質水假體中之lattice模擬方法與cell模擬方法之劑量比較 68 4.4.1.1 無裝療管於均質水假體中 68 4.4.1.2 有裝療管於均質水假體中 69 4.4.2 均質假體電腦斷層影像置入之劑量計算結果 71 4.4.3 病患電腦斷層影像之置入之劑量計算結果 73 4.4.4 有裝療管之水假體電腦斷層影像之假影處理之劑量計算結果 83 第五章 結論 85 第六章 參考資料 89 附錄 95 圖目錄 圖3- 1射源模擬設計圖 20 圖3- 2 192Ir射源能譜 (詳細數據如附錄) 21 圖3- 3徑向劑量函數FMESHrztheta紀錄器示意圖，左圖為三度空間紀錄器示意圖，右圖為模擬紀錄器rz平面示意圖。 23 圖3- 4異向性劑量函數fmeshr,z,theta紀錄器示意圖，左圖為三度空間紀錄器示意圖，右圖為模擬紀錄器rtheta平面示意圖。 24 圖3- 5 治療計劃於Henschke裝療管外歸一化之區域 26 圖3- 6 符合Henschke 裝療管的Plastic Water®假體 27 圖3- 7 符合Henschke 裝療管的Plastic Water®假體照片。 28 圖3- 8此為三個射源停留點的冠狀面圖（左），軸狀面圖（中）及矢狀面圖（右），紅色為射源，黃色為不鏽鋼導線，藍色為介質水。 29 圖3- 9 Henschke裝療管模擬設計圖 30 圖3- 10 水假體的模擬方法，左圖為均質水假體不分晶格模擬方法（cell），右圖為均質水假體分晶格模擬方法（lattice）。 33 圖3- 11將有裝療管之水假體電腦斷層影像(右圖)，資訊填入每個晶格中(左圖)。 34 圖3- 12 將有裝療管之水假體電腦斷層影像(左圖)，置換為有裝療管之非均質病人電腦斷層影像 (右圖) 。 35 圖3- 13三個射源停留點之無裝療管示意圖。黃色的底色為GafchromicTM EBT3自顯影片，鮮黃色為射源導線，紅色為射源。 36 圖3- 14 射源及假體架設圖，將GafchromicTM EBT3自顯影片放至離射源1公分處(黃色虛線處)。 37 圖 4- 1 fmesh和f5之比值。 39 圖 4- 2蒙地卡羅參數f8和f6之比值 40 圖 4- 3徑向劑量函數 42 圖 4- 4距離射源0.5公分處之異向性劑量函數 43 圖 4- 5距離射源1公分處之異向性劑量函數 44 圖 4- 6距離射源5公分處之異向性劑量函數 45 圖 4- 7距離射源10公分處之異向性劑量函數 46 圖 4- 8治療計畫劑量分布(左圖) 與蒙地卡羅劑量分布(右圖)之XZ切面，紅色粗的點狀線為劑量差異處。 48 圖 4- 9治療計畫劑量分布(左圖) 與蒙地卡羅劑量分布(右圖)之YZ切面，紅色粗的點狀線為劑量差異處。 49 圖 4- 10治療計畫劑量分布(左圖) 與蒙地卡羅劑量分布(右圖)之XY切面 49 圖 4- 11治療計畫劑量分布(實線) 與蒙地卡羅劑量分布(虛線)之XZ切面 50 圖 4- 12三個射源不含裝療管於固態水假體中測量（右圖）與模擬（左圖）的結果，在y=0。 51 圖 4- 13三個射源不含裝療管於固態水假體中測量（實線）與模擬（虛線）的結果，在y=0。 52 圖 4- 14三個射源不含裝療管於固態水假體中測量與模擬的結果。實線為測量結果。虛線為模擬結果。在y=1 54 圖 4- 15三個射源不含裝療管於固態水假體中模擬的結果。黑色線為y=1結果。藍色線為y=0結果。 55 圖 4- 16 XZ切面，有Henschke裝療管之劑量分布（不規則曲線，粗線）與治療計劃之劑量分布（橢圓曲線，細線）。白色大箭頭的末端（A）為治療計畫等劑量曲線75 cGy，箭頭端（B）為蒙地卡羅等劑量曲線75 cGy。白色小箭頭的末端（C）為治療計畫等劑量曲線300 cGy，箭頭端（D）為蒙地卡羅等劑量曲線300 cGy。 58 圖 4- 17 YZ切面，有Henschke裝療管之劑量分布（不規則曲線，粗線）與治療計劃之劑量分布（橢圓曲線，細線）。白色大箭頭的末端（A）為治療計畫等劑量曲線75 cGy，箭頭端（B）為蒙地卡羅等劑量曲線75 cGy。白色小箭頭的末端（C）為治療計畫等劑量曲線300 cGy，箭頭端（D）為蒙地卡羅等劑量曲線300 cGy。 59 圖 4- 18 XY切面，有Henschke裝療管之劑量分布（不規則曲線，粗線）與治療計劃之劑量分布（橢圓曲線，細線）。白色大箭頭的末端（A）為治療計畫等劑量曲線75 cGy，箭頭端（B）為蒙地卡羅等劑量曲線75 cGy。白色小箭頭的末端（C）為治療計畫等劑量曲線300 cGy，箭頭端（D）為蒙地卡羅等劑量曲線300 cGy。 60 圖 4- 19 含裝療管與不含裝療管於均質水假體模擬結果之比較，於y=1。 61 圖 4- 20 含裝療管與不含裝療管於均質水假體模擬結果之比較，於y=0。 62 圖 4- 21三個射源含裝療管於固態水假體中測量與模擬的結果，於y=1 65 圖 4- 22 於y=1處，含裝療管與不含裝療管之均質水假體測量結果之比較。 67 圖 4- 23於均質水假體中只有三個點射源之不同模擬方式 ( cell and lattice )劑量分布圖 69 圖 4- 24於均質水假體中含三個點射源及Henschke裝療管之不同模擬方式 ( cell and lattice )劑量分布圖 71 圖 4- 25於均質水假體中含三個點射源及Henschke裝療管之不同輸入方式 ( 電腦斷層影像及指定體素 )劑量分布圖 73 圖 4- 26女性骨盆腔電腦斷層影像之模擬等劑量曲線圖 75 圖 4- 27女性骨盆腔電腦斷層影像之模擬等劑量曲線圖，虛線由外而內依序為150 cGy、300 cGy、450 cGy、600 cGy。 75 圖 4- 28含裝療管非均質病人電腦斷層影像與不含裝療管於均質水假體模擬之比較結果 76 圖 4- 29 含裝療管非均質病人電腦斷層影像與不含裝療管於均質水假體模擬之比較結果。 77 圖 4- 30 病人體內劑量與模擬有裝療管影像是否去金屬假影之劑量比較結果。 79 圖 4- 31含裝療管均質水假體模擬，左圖為冠狀切面，中圖為軸狀切面，右圖為矢狀切面。 81 圖 4- 32含裝療管不均質水假體模擬，左圖為冠狀切面，中圖為軸狀切面，右圖為矢狀切面，包含陰道空腔及直腸空腔。 82 圖 4- 33不均質假體與均質假體於軸狀切面的劑量差距 82 圖 4- 34有金屬假影及無金屬假影之劑量比較結果 84 表目錄 表4-1於處方劑量300 cGy處，三個射源不含裝療管於固態水假體中測量與模擬的比較結果。 56 表4-2於處方劑量150 cGy處，三個射源不含裝療管於固態水假體中測量與模擬的比較結果。 56 表4-3有裝療管與無裝療管的模擬劑量之差異 63 表4-4於處方劑量300 cGy處，三個射源含裝療管於固態水假體中測量與模擬的結果。 66 表4-5於處方劑量150 cGy處，三個射源含裝療管於固態水假體中測量與模擬的結果。 66 表4-6於處方劑量300 cGy 處，病人體內劑量與模擬有裝療管影像是否去金屬假影之劑量結果相比。 80 表4-7於處方劑量150 cGy 處，病人體內劑量與模擬有裝療管影像是否去金屬假影之劑量結果相比。 80

    1. F. Ballester, D. Granero, J. Pérez-Calatayud, C. S. Melhus, and M. J. Rivard, “Evaluation of high-energy brachytherapy source electronic disequilibrium and dose from emitted electrons,” Med. Phys. 36, 4250-4256 (2009).
    2. S. Bensaleh, and E. Bezak, “ Investigation of source position uncertainties & balloon deformation in MammoSite brachytherapy on treatment effectiveness.” Australas. Phys. Eng. Sci. Med. 3, 35-44(2010).
    3. R. M. Chandola, S. Tiwari, M. K. Kowar, and V. Choudhary, “Effect of inhomogeneities and source position on dose distribution of nucletron high dose rate Ir–192 brachytherapy source by Monte Carlo simulation,” J. Cancer Res. Ther. 6, 54-57 (2010).
    4. H. C. Chen, W. L. Chen, K. H. Chang, “Monte Carlo simulation of an 192Ir brachytherapy source in bone and lung,” Therapeut. Radiol Oncol. 8, 43-53(2001).
    5. M. J. Cazeca, D. C. Medich, and J. J. Munro, “ Effects of breast-air and breast-lung interfaces on the dose rate at the planning target volume of a MammoSite catheter for Yb-169 and Ir-192 HDR source,” Med. Phys. 37, 4038-4045 (2010).
    6. X. Yan, E. Poon, B. Reniers, T. Vuong, and F. Verhaegen, “ Comparison of dose calculation algorithms for colorectal cancer brachytherapy treatment with a shielded applicator,” Med. Phys. 35,4824-4830(2008).
    7. E. Poon, and F. Verhaegen, “ A CT-based analytical dose calculation method for HDR 192Ir brachytherapy,” Med. Phys. 36, 3982-3994(2009).
    8. M. J. Price, J. L. Horton, K. A. Gifford, P. J. Eifel, A. Jhingran, A. A. Lawyer, P. A. Berner, and F. Mourtada, “Dosimetric evaluation of the Fletcher- Williamson ovoid for pulsed-dose-rate brachytherapy: a Monte Carlo study,” Phys. Med. Biol. 50, 5075-5087(2005).
    9. L. J. Slate, H. R. Elson, M. A. Lamba, W. M. Kassing, M. Soldano, and W. L. Barrett, “ A Monte Carlo brachytherapy study for dose distribution prediction in an inhomogeneous medium,” Med. Dosim.29, 271-278(2004).
    10. R. Nath, L. L. Anderson, G. Luxton, K. A. Weaver, J. F. Williamson, and A. S. Meigooni, ‘‘Dosimetry of interstitial brachytherapy sources: Recommendations of the AAPM Radiation Therapy Committee Task Group No. 43,’’ Med. Phys. 22, 209–234(1995).
    11.G. Anagnostopoulos, D. Baltas, and E. Pantelis, P. Papaqiannis and L. Sakelliou, “ The effect of patient inhomogeneities in oesophageal 192Ir HDR brachytherapy: A Monte Carlo and analytical dosimetry study,” Phys. Med. Biol. 49, 2675– 2685(2004).
    12. K. A. Gifford , J. L. Horton, E. F. Jackson, T. R. 3rd Steger, M.P. Heard, F. Mourtada, A. A. Lawyer, and G. S. Ibbott, “ Comparison of Monte Carlo calculations around a Fletcher Suit Delclos ovoid with radiochromic film and normoxic polymer gel dosimetry,” Med. Phys. 32, 2288-2294(2005).
    13. E. Poon, J. F. Williamson, T. Vuong, and F. Verhaegen, “Patient-Specific Monte Carlo Dose Calculations for High-Dose-Rate Endorectal Brachytherapy With Shielded Intracavitary Applicator,” Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 72,1259-1266(2008).
    14. L. Petrokokkin, K. Zourari, E. Pantelis, A. Moutsatsos, P. Karaiskos, L. Sakelliou, I. Seimenis, E Georgious, and P. Papagiannis, “Dosimetric accuracy of a deterministic radiation transport based 192Ir brachytherapy treatment planning system. Part II: Monte Carlo and experimental verification of a multiple source dwell position plan employing a shielded applicator,” Med. Phys. 38, 1981-1992(2011).
    15.R. Nath, L. Anderson, D. Jones, C. Ling, R. Loevinger, J. Williamson, and W. Hanson, ‘‘Specification of brachytherapy source strength: A report by Task Group 32 of the American Association of Physicists in Medicine,’’ AAPM Report No. 21 (American Institute of Physics, New York, 1987).
    16.ICRU 38 Dose and Volume Specification for Reporting Intracavitary Therapy in Gynecology, International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU 38, Bethesda, MD, 1985).
    17.ICRU 60 Fundamental Quantities and Units for Ionizing Radiation, International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU 60, Bethesda, MD, 1998).
    18. X-5 Monte Carlo Team, MCNP-A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5 Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM, 2003.
    19. L. Buermann, H.-M.Kramer, H Schrader, and H. J. Selbach, “Activity determination of 192Ir solid sources by ionization chamber measurements using calculated corrections for self-absorption,” Nucl. Instr. Meth. A 339, 369-376(1994).
    20. J. F. Williamson and Z. Li, “Monte Carlo aided dosimetry of the microselectron pulsed and high dose-rate 192Ir source,” Med. Phys. 22, 809-819(1995).
    21. 李雲景, “以MCNPX2.6.0模擬質子在均質假體與人體CT假體中之劑量分布”, 長庚大學碩士論文, 2011
    22. W. Schneider, T. Bortfeld and W. Schlegel, “Correlation between CT numbers and tissue parameters needed for Monte Carlo simulations of clinical dose distribution,” Phys. Med. Biol. 45, 459-478(2000).
    23. J. Borg and D. W. Rogers, “Spectra and air-kerma atrength for encapsulated 192Ir sources,” Med. Phys. 26, 2441-2444(1999)
    24. P. C. Yu, T. C. Chao, C. C. Lee, C. J. Wu, and C. J. Tung, “ A Monte Carlo dosimetry study using Henschke applicator for cervical brachytherapy,” Nucl. Instr. Meth. A,” 619, 411-414(2010).
    25.吳杰, “ 以影像為基礎的電腦斷層金屬假影矯正法（金屬假影矯正法）”, 中華放射線技術學雜誌, 30, 79-86, (2006)

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE