Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities

The first patient treatment with X-rays occurred only one year after their discovery. Thus, a physics discovery launched the field of radiation therapy. Radiation therapy involves the use ionizing radiation. Exposure to ionizing radiation carries the risk of causing cancers. This is likely proportio...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Γανού, Χαραλαμπία
Άλλοι συγγραφείς: Ganou, Charalampia
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/16035
id nemertes-10889-16035
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Shielding
Calculation
Radiation therapy
Ακτινοθεραπεία
Έκθεση σε ακτινοβολία
spellingShingle Shielding
Calculation
Radiation therapy
Ακτινοθεραπεία
Έκθεση σε ακτινοβολία
Γανού, Χαραλαμπία
Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities
description The first patient treatment with X-rays occurred only one year after their discovery. Thus, a physics discovery launched the field of radiation therapy. Radiation therapy involves the use ionizing radiation. Exposure to ionizing radiation carries the risk of causing cancers. This is likely proportional to the level of exposure. Accordingly, it is of fundamental importance to ensure that exposures are always kept as low as possible.52 The safety of patients, staff and the public in general, is a high priority issue in the implementation of a radiation treatment program. The radiation beams and sources used in radiotherapy, have the potential to injure those within or in the proximity of the facility if not properly handled. Radiation safety has two primary aims: a strongly safe facility design and other physical safeguards against accidental exposure, as well as policies and procedures which, when followed, will ensure the radiation exposure to staff is kept As Low As Reasonably Achievable with social and economic factors being taken into account.51 This strongly safe design depends mainly on the shielding that a radiotherapy department needs, and in particular the treatment rooms. By the term shielding, the required thickness of specific materials to attenuate the radiation penetrating the room is meant. The radiotherapy bunkers contain the machines performing the radiation treatments and hence, the most amount of radiation appears inside these places. Therefore, they need to be shielded accordingly. However, since such a new machine is established in a facility once in every fifteen to twenty years, very few medical physicists and other health professionals know how to calculate the exact shielding that is needed. Most radiotherapy departments rely on various publications on the subject of bunker design -such as the NCRP Report No. 151- and use empirical formulae to estimate the protection required. Even so, the shielding calculation is an extremely time consuming process. For these reasons, the need for a computerized algorithm that could be used to accurately assess the protection required (in terms of material thickness) in the design of radiotherapy bunkers, has grown greatly over the years. Today, there are computerized models available (usually Monte Carlo based), but they are expensive, difficult to use and slow in performance. Thus small institutes do not have direct access to these models. The aim of this thesis is to design a user – friendly computer program that calculates the required thickness of shielding, in order to limit radiation exposure of staff, patients and the public, to acceptable levels. The code of the program was written in the language of MATLAB but the use of the platform is not needed. The user downloads the respective app pack and the program is installed in the computer. When the program opens, it displays a GUI (Graphical User Interface) which contains empty cells for numerical values to be entered for the different quantities. Depending on that values, the code that the GUI is based on, calculates the necessary shielding thickness for primary and secondary barriers. The code is built on the data and formulae of NCRP Report No. 151 by AAPM, since this is the report that most health institutes use for shielding calculations. It has been confirmed that the program works properly based on the given data by this report as well as on the data of other shielding reports. This program is intended to be used primarily by health physicists, medical physicists and other radiation protection professionals in the planning and shielding of new radiotherapy facilities and in the remodeling of existing ones.
author2 Ganou, Charalampia
author_facet Ganou, Charalampia
Γανού, Χαραλαμπία
author Γανού, Χαραλαμπία
author_sort Γανού, Χαραλαμπία
title Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities
title_short Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities
title_full Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities
title_fullStr Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities
title_full_unstemmed Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities
title_sort shielding calculation in radiation oncology therapy facilities
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/16035
work_keys_str_mv AT ganoucharalampia shieldingcalculationinradiationoncologytherapyfacilities
AT ganoucharalampia ypologismosthōrakisēsseonkologikesenkatastaseisaktinotherapeias
_version_ 1771297169133797376
spelling nemertes-10889-160352022-09-05T06:57:07Z Shielding calculation in radiation oncology therapy facilities Υπολογισμός θωράκισης σε ογκολογικές εγκαταστάσεις ακτινοθεραπείας Γανού, Χαραλαμπία Ganou, Charalampia Shielding Calculation Radiation therapy Ακτινοθεραπεία Έκθεση σε ακτινοβολία The first patient treatment with X-rays occurred only one year after their discovery. Thus, a physics discovery launched the field of radiation therapy. Radiation therapy involves the use ionizing radiation. Exposure to ionizing radiation carries the risk of causing cancers. This is likely proportional to the level of exposure. Accordingly, it is of fundamental importance to ensure that exposures are always kept as low as possible.52 The safety of patients, staff and the public in general, is a high priority issue in the implementation of a radiation treatment program. The radiation beams and sources used in radiotherapy, have the potential to injure those within or in the proximity of the facility if not properly handled. Radiation safety has two primary aims: a strongly safe facility design and other physical safeguards against accidental exposure, as well as policies and procedures which, when followed, will ensure the radiation exposure to staff is kept As Low As Reasonably Achievable with social and economic factors being taken into account.51 This strongly safe design depends mainly on the shielding that a radiotherapy department needs, and in particular the treatment rooms. By the term shielding, the required thickness of specific materials to attenuate the radiation penetrating the room is meant. The radiotherapy bunkers contain the machines performing the radiation treatments and hence, the most amount of radiation appears inside these places. Therefore, they need to be shielded accordingly. However, since such a new machine is established in a facility once in every fifteen to twenty years, very few medical physicists and other health professionals know how to calculate the exact shielding that is needed. Most radiotherapy departments rely on various publications on the subject of bunker design -such as the NCRP Report No. 151- and use empirical formulae to estimate the protection required. Even so, the shielding calculation is an extremely time consuming process. For these reasons, the need for a computerized algorithm that could be used to accurately assess the protection required (in terms of material thickness) in the design of radiotherapy bunkers, has grown greatly over the years. Today, there are computerized models available (usually Monte Carlo based), but they are expensive, difficult to use and slow in performance. Thus small institutes do not have direct access to these models. The aim of this thesis is to design a user – friendly computer program that calculates the required thickness of shielding, in order to limit radiation exposure of staff, patients and the public, to acceptable levels. The code of the program was written in the language of MATLAB but the use of the platform is not needed. The user downloads the respective app pack and the program is installed in the computer. When the program opens, it displays a GUI (Graphical User Interface) which contains empty cells for numerical values to be entered for the different quantities. Depending on that values, the code that the GUI is based on, calculates the necessary shielding thickness for primary and secondary barriers. The code is built on the data and formulae of NCRP Report No. 151 by AAPM, since this is the report that most health institutes use for shielding calculations. It has been confirmed that the program works properly based on the given data by this report as well as on the data of other shielding reports. This program is intended to be used primarily by health physicists, medical physicists and other radiation protection professionals in the planning and shielding of new radiotherapy facilities and in the remodeling of existing ones. Η πρώτη θεραπεία ασθενών με ακτίνες Χ έγινε μόνο ένα χρόνο μετά την ανακάλυψή τους. Έτσι, μια ανακάλυψη της φυσικής ξεκίνησε τον τομέα της ακτινοθεραπείας. Η ακτινοθεραπεία περιλαμβάνει τη χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Η έκθεση σε ιοντίζουσα ακτινοβολία ενέχει τον κίνδυνο πρόκλησης καρκίνου. Αυτό είναι πιθανώς ανάλογο με το επίπεδο έκθεσης. Επομένως, είναι εξαιρετικά σημαντικό να διασφαλίζεται ότι οι εκθέσεις διατηρούνται πάντα όσο το δυνατόν χαμηλότερες. Η ασφάλεια των ασθενών, του προσωπικού και του ευρύτερου κοινού, είναι ζήτημα πρώτης προτεραιότητας για την εφαρμογή ενός προγράμματος ακτινοθεραπείας. Τόσο οι δέσμες όσο και οι πηγές ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται, έχουν τη δυνατότητα να τραυματίσουν όσους βρίσκονται εντός ή κοντά στην εγκατάσταση, εάν δεν αξιοποιούνται σωστά. Η ασφάλεια έναντι της ακτινοβολίας έχει δύο πρωταρχικούς στόχους: έναν εξαιρετικά ασφαλή σχεδιασμό εγκαταστάσεων και άλλες φυσικές διασφαλίσεις κατά της τυχαίας έκθεσης, καθώς και πολιτικές ή διαδικασίες που, όταν ακολουθηθούν, θα εξασφαλίσουν ότι η έκθεση σε ακτινοβολία του προσωπικού διατηρείται όσο χαμηλότερη όσο εύλογα είναι εφικτό, με κοινωνικούς και οικονομικούς παράγοντες να λαμβάνονται υπόψη. Αυτός ο εξαιρετικά ασφαλής σχεδιασμός εξαρτάται κυρίως από τη θωράκιση που χρειάζεται ένα τμήμα ακτινοθεραπείας και ειδικότερα τα δωμάτια θεραπείας. Με τον όρο θωράκιση, εννοείται το απαιτούμενο πάχος συγκεκριμένων υλικών για την εξασθένιση της ακτινοβολίας που διεισδύει στο δωμάτιο. Τα δωμάτια ακτινοθεραπείας περιέχουν τα μηχανήματα που εκτελούν τις θεραπείες ακτινοβολίας και ως εκ τούτου μέσα σε αυτούς τους χώρους εμφανίζεται η μεγαλύτερη ποσότητα ακτινοβολίας. Επομένως, πρέπει να θωρακίζονται ανάλογα. Ωστόσο, δεδομένου ότι ένα τέτοιο νέο μηχάνημα εγκαθίσταται σε μια εγκατάσταση μία φορά κάθε δεκαπέντε έως είκοσι χρόνια, πολύ λίγοι ιατρικοί φυσικοί καθώς και άλλοι επιστήμονες υγείας γνωρίζουν πώς να υπολογίσουν την ακριβή θωράκιση που χρειάζεται. Τα περισσότερα τμήματα ακτινοθεραπείας βασίζονται σε διάφορες δημοσιεύσεις σχετικά με το θέμα του σχεδιασμού ενός τέτοιου δωματίου -όπως η αναφορά NCRP No. 151- και χρησιμοποιούν εμπειρικούς τύπους για να εκτιμήσουν την απαιτούμενη προστασία. Ακόμα κι έτσι, ο υπολογισμός της θωράκισης είναι μια εξαιρετικά χρονοβόρα διαδικασία. Για αυτούς τους λόγους, η ανάγκη για έναν ηλεκτρονικό αλγόριθμο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον ακριβή υπολογισμό της προστασίας που απαιτείται (όσον αφορά το πάχος του υλικού) στο σχεδιασμό των δωματίων ακτινοθεραπείας, έχει αυξηθεί σημαντικά με τα χρόνια. Σήμερα, υπάρχουν διαθέσιμα υπολογιστικά μοντέλα (κυρίως βασισμένα στις προσομοιώσεις Μόντε Κάρλο), αλλά είναι ακριβά, δύσχρηστα και αργά στην απόδοση. Έτσι, τα μικρά ιδρύματα δεν έχουν άμεση πρόσβαση σε αυτά. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να σχεδιαστεί ένα φιλικό προς το χρήστη ηλεκτρονικό πρόγραμμα που υπολογίζει το απαιτούμενο πάχος θωράκισης, προκειμένου να περιορίσει την έκθεση σε ακτινοβολία προσωπικού, ασθενών και κοινού, σε αποδεκτά επίπεδα. Ο κώδικας του προγράμματος έχει γραφεί στην γλώσσα προγραμματισμού του MATLAB, αλλά η χρήση της αντίστοιχης πλατφόρμας δεν είναι απαραίτητη για την αξιοποίησή του. Ο χρήστης κατεβάζει το αντίστοιχο πακέτο εφαρμογών και το πρόγραμμα εγκαθίσταται στον υπολογιστή. Όταν ανοίγει το πρόγραμμα, εμφανίζει ένα GUI (Graphical User Interface), το οποίο περιέχει άδεια κελιά στα οποία θα εισαχθούν αριθμητικές τιμές για τις διάφορες μεταβλητές. Ανάλογα με αυτές τις τιμές, ο κώδικας στον οποίο βασίζεται το GUI, υπολογίζει το απαραίτητο πάχος θωράκισης για primary και secondary barriers. Ο κώδικας βασίζεται στα δεδομένα και τους τύπους της αναφοράς NCRP No. 151 από την AAPM, καθώς αυτή είναι η έκθεση που χρησιμοποιούν τα περισσότερα ινστιτούτα υγείας για υπολογισμούς θωράκισης. Έχει επιβεβαιωθεί ότι το πρόγραμμα λειτουργεί σωστά με βάση τα δεδομένα που δίνονται από την συγκεκριμένη έκθεση καθώς και από άλλες αναφορές θωράκισης. Αυτό το πρόγραμμα προορίζεται να χρησιμοποιηθεί κυρίως από φυσικούς υγείας, ιατρικούς φυσικούς και άλλους επαγγελματίες ακτινοπροστασίας για το σχεδιασμό και τη θωράκιση νέων εγκαταστάσεων ακτινοθεραπείας και την αναδιαμόρφωση των υπαρχόντων. 2022-03-14T07:54:53Z 2022-03-14T07:54:53Z 2022-02-16 http://hdl.handle.net/10889/16035 en application/pdf