Total body irradiation simulation with GATE

Total body irradiation (TBI) is a radiation therapy technique, which is applied to patient who have a hematological cancer type. The purpose of this treatment is to irradiate the whole bone marrow to kill the cancerous cells and finally to immune-suppress the patient. TBI is usually applied in combi...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Κουμούτσου, Αρίστη
Other Authors: Koumoutsou, Aristi
Language:English
Published: 2022
Subjects:
Online Access:http://hdl.handle.net/10889/16295
id nemertes-10889-16295
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Monte Carlo
Radiation therapy
Total body irradiation
Ακτινοθεραπεία
Ολική ακτινοβόληση σώματος
spellingShingle Monte Carlo
Radiation therapy
Total body irradiation
Ακτινοθεραπεία
Ολική ακτινοβόληση σώματος
Κουμούτσου, Αρίστη
Total body irradiation simulation with GATE
description Total body irradiation (TBI) is a radiation therapy technique, which is applied to patient who have a hematological cancer type. The purpose of this treatment is to irradiate the whole bone marrow to kill the cancerous cells and finally to immune-suppress the patient. TBI is usually applied in combination with a chemotherapy scheme to improve therapeutic results in organs, which chemotherapy cannot work. The goal of treatment is to prevent the rejection of donor stem cell and to have a successful hematopoietic stem cell transplantation.This thesis expounds a summary of the background biology and physics of TBI. In addition, it analytically explains this special procedure of TBI and the challenging distribution of a homogenous dose. A Monte Carlo (MC) simulation technique has been developed and applied to collect dose distribution data for organs of interest using a computational, high detailed anthropomorphic phantom. A beam barrier and lung shielding are modeled and simulated to produce a homogeneous dose distribution and protecting the lungs.The purpose of this study is to develop a MC simulation tool for TBI, which will be able to generate dose distribution data at each organ of interest and finally can estimate the dose distribution to a patient’s body. The results shows that the highest amounts of dose were delivered to the bones, where the hematopoiesis is occurring, as expected. Consequently, the production of cancer cells will potentially be considerably reduced allowing transplantation, as proposed by the literature. Adding lung shielding develops a significant reduction to lung dose, avoiding the risk of pneumonitis. Many studies have utilized GATE MC simulations toolkit for studying the interaction of radiation with matter, for dosimetric studies. GATE incorporates physics models of high accuracy, provided by the Geant4 community. In addition, GATE can model complex geometries and incorporate high detailed computational anthropomorphic mathematical phantoms, which is crucial in dosimetry of high accuracy.As future prospect, adding shielding at other organs of interest, such as the kidneys and/or brain, may had a positive impact. Furthermore, an amount of bolus could be used to make the surface of the patient flattened, thus producing a more uniform dose distribution. Finally, this study needs be assessed with experimental and/or clinical data.
author2 Koumoutsou, Aristi
author_facet Koumoutsou, Aristi
Κουμούτσου, Αρίστη
author Κουμούτσου, Αρίστη
author_sort Κουμούτσου, Αρίστη
title Total body irradiation simulation with GATE
title_short Total body irradiation simulation with GATE
title_full Total body irradiation simulation with GATE
title_fullStr Total body irradiation simulation with GATE
title_full_unstemmed Total body irradiation simulation with GATE
title_sort total body irradiation simulation with gate
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/16295
work_keys_str_mv AT koumoutsouaristē totalbodyirradiationsimulationwithgate
AT koumoutsouaristē prosomoiōsēolikēsaktinobolēsēssōmatosmetēnchrēsētougate
_version_ 1771297153555103744
spelling nemertes-10889-162952022-09-05T05:37:42Z Total body irradiation simulation with GATE Προσομοίωση ολικής ακτινοβόλησης σώματος με την χρήση του GATE Κουμούτσου, Αρίστη Koumoutsou, Aristi Monte Carlo Radiation therapy Total body irradiation Ακτινοθεραπεία Ολική ακτινοβόληση σώματος Total body irradiation (TBI) is a radiation therapy technique, which is applied to patient who have a hematological cancer type. The purpose of this treatment is to irradiate the whole bone marrow to kill the cancerous cells and finally to immune-suppress the patient. TBI is usually applied in combination with a chemotherapy scheme to improve therapeutic results in organs, which chemotherapy cannot work. The goal of treatment is to prevent the rejection of donor stem cell and to have a successful hematopoietic stem cell transplantation.This thesis expounds a summary of the background biology and physics of TBI. In addition, it analytically explains this special procedure of TBI and the challenging distribution of a homogenous dose. A Monte Carlo (MC) simulation technique has been developed and applied to collect dose distribution data for organs of interest using a computational, high detailed anthropomorphic phantom. A beam barrier and lung shielding are modeled and simulated to produce a homogeneous dose distribution and protecting the lungs.The purpose of this study is to develop a MC simulation tool for TBI, which will be able to generate dose distribution data at each organ of interest and finally can estimate the dose distribution to a patient’s body. The results shows that the highest amounts of dose were delivered to the bones, where the hematopoiesis is occurring, as expected. Consequently, the production of cancer cells will potentially be considerably reduced allowing transplantation, as proposed by the literature. Adding lung shielding develops a significant reduction to lung dose, avoiding the risk of pneumonitis. Many studies have utilized GATE MC simulations toolkit for studying the interaction of radiation with matter, for dosimetric studies. GATE incorporates physics models of high accuracy, provided by the Geant4 community. In addition, GATE can model complex geometries and incorporate high detailed computational anthropomorphic mathematical phantoms, which is crucial in dosimetry of high accuracy.As future prospect, adding shielding at other organs of interest, such as the kidneys and/or brain, may had a positive impact. Furthermore, an amount of bolus could be used to make the surface of the patient flattened, thus producing a more uniform dose distribution. Finally, this study needs be assessed with experimental and/or clinical data. Η ολική ακτινοβόληση σώματος είναι μια τεχνική ακτινοθεραπείας που εφαρμόζεται σε ασθενείς που έχουν αιματολογικό τύπο καρκίνου. Ο σκοπός αυτής της θεραπείας είναι να ακτινοβολήσει ολόκληρο τον μυελό των οστών για να σκοτώσει τα καρκινικά κύτταρα έχοντας σαν αποτέλεσμα να καταστείλει το ανοσοποιητικό του ασθενούς. Η ολική ακτινοβόληση σώματος εφαρμόζεται συνήθως σε συνδυασμό με ένα σχήμα χημειοθεραπείας για να έχει καλύτερα αποτελέσματα σε όργανα που η χημειοθεραπεία δεν μπορεί να δράσει. Ο σκοπός της θεραπείας είναι να αποτρέψει την απόρριψη των βλαστοκυττάρων από τον δότη, ώστε να έχουμε μία επιτυχημένη μεταμόσχευση.Αυτή η μελέτη παρουσιάζει μια σύνοψη της βιολογίας και της φυσικής της ολικής ακτινοβόλησης σώματος. Επίσης, εξηγεί αναλυτικά αυτή την ειδική διαδικασία της ολικής ακτινοβόλησης σώματος και την απαιτητική κατανομή μιας ομοιογενούς δόσης.Αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε μια τεχνική προσομοίωσης Monte Carlo για τη συλλογή δεδομένων δόσης για όργανα ενδιαφέροντος χρησιμοποιώντας ένα υπολογιστικό, υψηλής λεπτομέρειας ανθρωπόμορφο phantom. Επίσης, ένα σπόιλερ δέσμης και θωράκιση στους πνεύμονες μοντελοποιούνται και προσομοιώνονται ώστε να παράγουν μια ομοιογενή κατανομή δόσης και να προστατεύουν τους πνεύμονες.Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να αναπτύξει ένα εργαλείο προσομοίωσης MC για TBI, το οποίο θα μπορεί να παράγει δεδομένα κατανομής δόσης σε κάθε όργανο ενδιαφέροντος και, τέλος, να εκτιμήσει την κατανομή της δόσης στο σώμα του ασθενούς.Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι υψηλότερες ποσότητες δόσης χορηγήθηκαν στα οστά, όπου λαμβάνει χώρα η αιμοποίηση, όπως αναμενόταν. Κατά συνέπεια, η παραγωγή καρκινικών κυττάρων δυνητικά θα μειωθεί σημαντικά επιτρέποντας τη μεταμόσχευση, όπως προτείνεται από την βιβλιογραφία. Η προσθήκη θωράκισης των πνευμόνων οδηγεί σε σημαντική μείωση της δόσης σε αυτούς, αποφεύγοντας τον κίνδυνο πνευμονίτιδας.Πολλές μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει το εργαλείο προσομοίωσης GATE MC για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας με την ύλη, για δοσιμετρικές μελέτες. Το GATE ενσωματώνει μοντέλα φυσικής υψηλής ακρίβειας, που παρέχονται από την κοινότητα Geant4. Επιπλέον, το GATE μπορεί να μοντελοποιήσει πολύπλοκες γεωμετρίες και να ενσωματώσει υπολογιστικά ανθρωπόμορφα μαθηματικά phantoms υψηλής λεπτομέρειας, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για τη δοσιμετρία υψηλής ακρίβειας.Ως μελλοντική προοπτική η προσθήκη θωράκισης σε άλλα όργανα ενδιαφέροντος, όπως τα νεφρά και/ή ο εγκέφαλος, μπορεί να έχει θετικό αντίκτυπο.. Επιπλέον, μια ποσότητα bolus θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να κάνει την επιφάνεια του ασθενούς πιο επίπεδη, δημιουργώντας έτσι μια πιο ομοιόμορφη κατανομή της δόσης. Τέλος, αυτή η μελέτη πρέπει να αξιολογηθεί με πειραματικά και/ή κλινικά δεδομένα. 2022-06-27T10:01:33Z 2022-06-27T10:01:33Z 2022-05-27 http://hdl.handle.net/10889/16295 en application/pdf