Neutron dose evaluation in conventional and FLASH proton therapy
DOI:
https://doi.org/10.15392/2319-0612.2023.2081Palavras-chave:
Protontherapy, Flash, NeutronsResumo
O câncer é a segunda maior causa de morte de crianças. Uma das opções de tratamento dessa doença é a radioterapia. Crianças tratadas com radioterapia utilizando feixe de fótons possuem maior chance de desenvolverem neoplasias secundárias. A protonterapia pode reduzir a probabilidade de formação de neoplasias em até 50%. Estudos recentes propõem o uso de altíssimas taxas de dose (Ultra High Dose Rate - UHDR) como opção de tratamento. A partir do limiar de 40 Gy/s é possível atingir o efeito FLASH. Essa técnica protege tecidos saudáveis enquanto mantém o controle tumoral. O efeito foi validado in vivo por meio de feixe de prótons e, portanto, em algum momento estará disponível como nova opção de tratamento. Por outro lado, a proposta para tratamento FLASH com feixe de prótons não utilizaria o pico de Bragg localizado no volume alvo, que é o diferencial da protonterapia. Além disso, o aumento da intensidade do feixe e da energia das partículas, levam a geração de maior quantidade de nêutrons. O objetivo desse trabalho é avaliar a dose devido aos nêutrons gerados na interação com os componentes do acelerador na protonterapia FLASH em relação à protonterapia convencional. A avaliação das doses foi realizada por meio de simulações de Monte Carlo, utilizando um phantom de água, com o código TOPAS MC. Os resultados encontrados mostram que a dose de nêutrons na técnica FLASH seria cerca de 100 vezes maior que a dose da técnica convencional. Ainda assim, a dose estaria abaixo de 1% da dose prescrita.
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Referências
GREENBERGER, B.A.; YOCK, T.I. The role of proton therapy in pediatric malignancies: Recent advances and future directions. In: Seminars in Oncology. WB Saunders, 2020. p. 8-22. DOI: https://doi.org/10.1053/j.seminoncol.2020.02.002
FRIEDMAN, D.L. et al. Subsequent neoplasms in 5-year survivors of childhood cancer: the Childhood Cancer Survivor Study. JNCI: Journal of the National Cancer Institute, v. 102, n. 14, p. 1083-1095, 2010. DOI: https://doi.org/10.1093/jnci/djq238
ÁLVAREZ, S.I.P. et al. Proton Therapy in Lower-Middle-Income Countries: From Facts and Reality to Desire, Challenges and Limitations. In: Proton Therapy-Current Status and Future Directions. IntechOpen, 2021.
WILSON, R.R. Radiological Use of Fast Protons. Radiology 47(5), 487-91 (1946). DOI: https://doi.org/10.1148/47.5.487
ENGELSMAN M.; SCHWARZ M.; DONG L. Physics controversies in proton therapy. In: Seminars in radiation oncology. WB Saunders, 2013. p. 88-96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.semradonc.2012.11.003
MATSUMOTO, S. et al. Secondary neutron doses to pediatric patients during intracranial proton therapy: Monte Carlo simulation of the neutron energy spectrum and its organ doses. Health Physics, v. 110, n. 4, p. 380-386, 2016. DOI: https://doi.org/10.1097/HP.0000000000000461
SCHNEIDER, U. et al. Secondary neutron dose during proton therapy using spot scanning. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, v. 53, n. 1, p. 244-251, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0360-3016(01)02826-7
VOZENIN, M.C. et al. The advantage of FLASH radiotherapy confirmed in mini-pig and cat-cancer patients. Clinical Cancer Research, v. 25, n. 1, p. 35-42, 2019. DOI: https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-17-3375
BOURHIS, J. et al. Clinical translation of FLASH radiotherapy: Why and how?. Radiotherapy and Oncology, v. 139, p. 11-17, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radonc.2019.04.008
FAVAUDON, V.; FOUILLADE, C.; VOZENIN, M.-C. Radiothérapie «flash» à très haut débit de dose: un moyen d’augmenter l’indice thérapeutique par minimisation des dommages aux tissus sains?. Cancer/Radiothérapie, v. 19, n. 6-7, p. 526-531, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.canrad.2015.04.006
DIFFENDERFER, E.S. et al. Design, implementation, and in vivo validation of a novel proton FLASH radiation therapy system. International Journal of Radiation Oncology* Biology* Physics, v. 106, n. 2, p. 440-448, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2019.10.049
PERL, J. et al. TOPAS: an innovative proton Monte Carlo platform for research and clinical applications. Medical physics, v. 39, n. 11, p. 6818-6837, 2012. DOI: https://doi.org/10.1118/1.4758060
JARLSKOG, Christina Zacharatou; PAGANETTI, Harald. Physics settings for using the Geant4 toolkit in proton therapy. IEEE Transactions on nuclear science, v. 55, n. 3, p. 1018-1025, 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2008.922816
PÉREZ-ANDÚJAR, A.; NEWHAUSER, W. D.; DELUCA JR., P. M. Contribution to Neutron Fluence and Neutron Absorbed Dose from Double Scattering Proton Therapy System Components. Nuclear Technology, v. 168, n. 3, p. 728-735, Maio 2009. DOI: https://doi.org/10.13182/NT09-A9297
YAN, H. et al. Accurate and Facile Determination of the Index of Refraction of Organic Thin Films Near the 1s Absorption Edge. Physical Review Letters, v. 110, n. 17, p. 177401, Abril 2013. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.177401
HARDING, G. L.; DU, J. Design and properties of quartz-based Love wave acoustic sensors incorporating silicon dioxide and PMMA guiding layers. Smart materials and structures, v. 6, n. 6, p. 716, 1997. DOI: https://doi.org/10.1088/0964-1726/6/6/008
SOUZA, F.M.L. Protonterapia : avaliação de dose absorvida de nêutrons nas técnicas de espalhamento duplo passivo convencional e FLASH. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Física Médica) – Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, p. 53. 2022.
ANDERSON, H.H.; ZIEGLER, J.F. The Stopping and Ranges of Ions in Matter, New York: Pergamon, vol. 3, 1977.
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